JP6351251B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus including the fixing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置(定着器)、及びその定着装置を備える画像形成装置に関する。   The present invention relates to a fixing device (fixing device) mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or an electrophotographic printer, and an image forming apparatus including the fixing device.

電子写真式の複写やプリンタでは、画像データに対応したトナー画像を記録紙やOHPシート等の記録材に転写した後、記録材に転写されたトナー画像を定着装置で加熱および加圧して記録材に定着している。   In electrophotographic copying and printers, a toner image corresponding to image data is transferred to a recording material such as recording paper or an OHP sheet, and then the toner image transferred to the recording material is heated and pressed by a fixing device. Has been established.

上記の定着装置として、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層を備える筒状の発熱定着ベルト(以下、円筒状回転体と記す)を用いる構成の装置が提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。   As the fixing device, there has been proposed a device using a cylindrical heat generating fixing belt (hereinafter referred to as a cylindrical rotating body) having a resistance heat generating layer that generates heat when an electric current flows (Patent Document 1, Patent). Reference 2).

特許文献1には、カーボンナノ材料と、フィラメント状金属粒子を、ポリイミドなどの耐熱性樹脂に分散して成形された抵抗発熱層を有する円筒状回転体に、加圧ロールを圧接させることによってニップ部を形成する定着装置が開示されている。特許文献2には、導電性フィラーと、高イオン導電体粉末を、ポリイミドなどの耐熱性樹脂に分散して成形された抵抗発熱層を有する円筒状回転体に、加圧ロールを圧接させることによってニップ部を形成する定着装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a nip by pressing a pressure roll onto a cylindrical rotating body having a resistance heating layer formed by dispersing carbon nanomaterials and filamentary metal particles in a heat-resistant resin such as polyimide. A fixing device for forming a portion is disclosed. In Patent Document 2, a pressure roll is brought into pressure contact with a cylindrical rotating body having a resistance heating layer formed by dispersing a conductive filler and high-ion conductor powder in a heat-resistant resin such as polyimide. A fixing device for forming a nip portion is disclosed.

特許文献1、特許文献2に開示された定着装置では、円筒状回転体の熱容量が小さいために、ウォーミングアップ時間が短くなり、また、低電力量で所定の定着温度に維持することができる。その結果、トナー画像を記録材に、高速かつ低電力量で熱定着することが可能になる。   In the fixing devices disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the heat capacity of the cylindrical rotating body is small, the warm-up time is shortened, and it is possible to maintain a predetermined fixing temperature with a low amount of power. As a result, the toner image can be thermally fixed on the recording material at a high speed and with a low power consumption.

上記の円筒状回転体において、円筒状回転体に流れる電流の向きを遮るように破損が発生した場合、破損端部で発熱が集中し、局所的に温度が上昇することが知られている(特許文献2の段落番号[0005]、特許文献3の段落番号[0021]参照)。円筒状回転体の局所的な温度上昇は、画像ムラ、ホットオフセット等の画像弊害を引き起こす可能性がある。画像弊害の発生を未然に防止するためには、円筒状回転体の破損はできるだけ早く検出し、装置交換等の対処を警告した方がよい。   In the above cylindrical rotating body, it is known that when breakage occurs so as to block the direction of the current flowing through the cylindrical rotating body, heat is concentrated at the damaged end portion, and the temperature rises locally ( (See paragraph number [0005] of Patent Document 2 and paragraph number [0021] of Patent Document 3). The local temperature rise of the cylindrical rotating body may cause image problems such as image unevenness and hot offset. In order to prevent the occurrence of image defects, it is better to detect the breakage of the cylindrical rotating body as soon as possible and warn of countermeasures such as device replacement.

円筒状回転体の破損の検知手段として、温度検知素子を用い、円筒状回転体の異常昇温を検出する方法が、従来から知られている(特許文献4)。しかしながら、円筒状回転体が高速で回転していると、温度検知素子の応答が追いつかず、異常昇温部位を直接検知できないことがある。   As a means for detecting damage to a cylindrical rotating body, a method of detecting an abnormal temperature rise of a cylindrical rotating body using a temperature detection element has been conventionally known (Patent Document 4). However, if the cylindrical rotating body rotates at a high speed, the response of the temperature detecting element cannot catch up, and the abnormal temperature rising portion may not be detected directly.

特開2011−145656号公報JP 2011-145656 A 特開2011−248098号公報JP 2011-248098 A 特許第4650166号明細書Japanese Patent No. 4650166 特開2010−134035号公報JP 2010-134035 A

通電によって発熱する円筒状回転体を有する定着装置では、円筒状回転体に流れる電流の向きを遮るように破損が発生した場合、その破損を円筒状回転体の回転中に検出することが求められている。   In a fixing device having a cylindrical rotating body that generates heat when energized, if the breakage occurs so as to block the direction of the current flowing through the cylindrical rotating body, it is required to detect the breakage during rotation of the cylindrical rotating body. ing.

本発明の目的は、小型で、電力の変換効率が高く、画像弊害も抑えられる定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fixing device that is small in size, has high power conversion efficiency , and suppresses image problems , and an image forming apparatus including the fixing device.

(1)上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と実質平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に前記母線方向に沿って配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しながら加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、材質が強磁性体で、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記導電層のパーミアンスと前記導電層と前記磁性コアの間の領域のパーミアンスとの和が前記磁性コアのパーミアンスの28%以下であり、
前記回転体の温度を検知する温度検知部材を有し、前記温度検知部材の検知温度の回転体1回転周期の変動量が所定量より大きい場合、前記回転体の通電を停止することを特徴とする。
(1) In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention includes:
A cylindrical rotating body having a conductive layer, and an alternating body that is arranged inside the rotating body and has a spiral-shaped portion whose spiral axis is substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and causes the conductive layer to generate electromagnetic induction heat. A coil for forming a magnetic field, a magnetic core disposed along the generatrix direction in the spiral-shaped part, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field, and a pressure forming a nip part together with the rotating body A fixing device for fixing the image to the recording material by heating while conveying the recording material carrying the image at the nip portion,
The magnetic core is made of a ferromagnetic material and has a shape that does not form a loop outside the rotating body,
The sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the region between the conductive layer and the magnetic core is 28% or less of the permeance of the magnetic core;
Wherein a rotator temperature detecting member for detecting the temperature of the fluctuation amount of the rotating body 1 rotation period of the detected temperature of said temperature detecting member is stopped a predetermined amount larger field case, energization of the rotary body And

(2)上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と実質平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に前記母線方向に沿って配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しながら加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、材質が強磁性体で、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記導電層のパーミアンスと前記導電層と前記磁性コアの間の領域のパーミアンスとの和が前記磁性コアのパーミアンスの28%以下であり、
前記回転体の温度を検知する温度検知部材を有し、前記温度検知部材の検知温度の回転体1回転周期の変動量が所定量より大きい場合、異常を報知することを特徴とする。
(3)上記の目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成部と、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置において、
前記定着部として上記の(1)又は(2)に記載の定着装置を備えることを特徴とする。
(2) In order to achieve the above object, the fixing device according to the present invention includes:
A cylindrical rotating body having a conductive layer, and an alternating body that is arranged inside the rotating body and has a spiral-shaped portion whose spiral axis is substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and causes the conductive layer to generate electromagnetic induction heat. A coil for forming a magnetic field, a magnetic core disposed along the generatrix direction in the spiral-shaped part, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field, and a pressure forming a nip part together with the rotating body A fixing device for fixing the image to the recording material by heating while conveying the recording material carrying the image at the nip portion,
The magnetic core is made of a ferromagnetic material and has a shape that does not form a loop outside the rotating body,
The sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the region between the conductive layer and the magnetic core is 28% or less of the permeance of the magnetic core;
The has a temperature detecting member for detecting a temperature of the rotating body, the fluctuation amount of the rotating body 1 rotation period of the detected temperature of said temperature detecting member is characterized by notifying a predetermined amount greater than field case, the abnormality.
(3) In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention includes:
In an image forming apparatus having an image forming unit that forms an image on a recording material, and a fixing unit that fixes an image formed on the recording material to the recording material.
The fixing unit includes the fixing device described in (1) or (2) above.

本発明によれば、小型で、電力の変換効率が高く、画像弊害も抑えられる定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置の提供を実現できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fixing device that is small in size, has high power conversion efficiency , and suppresses image adverse effects , and an image forming apparatus including the fixing device.

参考例に係る定着装置のフィルム破損検知方法と画像形成装置動作を示すフローチャートFlow chart showing film breakage detection method and image forming apparatus operation of fixing device according to reference example 画像形成装置の断面図Cross section of image forming apparatus 参考例に係る定着装置の断面図Sectional view of a fixing device according to a reference example 参考例に係る定着装置の正面図Front view of fixing device according to reference example 実施例1に係る定着装置におけるフィルムの温度推移図Temperature transition diagram of film in fixing device according to embodiment 1 フィルム破損がある場合の異常昇温現象を説明する図Diagram explaining abnormal temperature rise phenomenon when there is film breakage フィルム破損の長さ違いによるフィルム表面温度説明図Illustration of film surface temperature due to different length of film breakage 参考例に係る定着装置のプリンタ制御部のブロック図Block diagram of printer control unit of fixing device according to reference example 実施例1に係る定着装置の断面図Sectional view of the fixing device according to the first embodiment . 実施例1に係る定着装置の正面図 1 is a front view of a fixing device according to a first embodiment . 参考例に係る定着装置のフィルムの発熱層と磁性コアと励磁コイルの斜視図Perspective view of heat generation layer, magnetic core and excitation coil of film of fixing device according to reference example 発熱層の発熱原理の説明図Illustration of the heat generation principle of the heat generation layer 実施例1に係る定着装置におけるフィルムの温度推移図Temperature transition diagram of film in fixing device according to embodiment 1 フィルム破損がある場合の異常昇温現象を説明する図Diagram explaining abnormal temperature rise phenomenon when there is film breakage 表1の実験結果のグラフGraph of experimental results in Table 1 実施例1に係る定着装置における検温素子の配置位置を説明する図FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement position of the temperature detecting element in the fixing device according to the first embodiment . 参考例の別形態の定着装置においてフィルム破損がある場合の異常昇温現象を説明する図 The figure explaining the abnormal temperature rise phenomenon when there is film breakage in the fixing device of another form of the reference example 実施例1に係る定着装置における発熱層と磁性コアと励磁コイルと磁力線の模式図、及び閉磁路を形成した場合の磁性コアの図FIG. 2 is a schematic diagram of a heat generation layer, a magnetic core, an exciting coil, and magnetic lines of force in the fixing device according to the first embodiment , and a diagram of the magnetic core when a closed magnetic path is formed. 有限長ソレノイドを配置した構造体の模式図Schematic diagram of a structure with a finite length solenoid 単位長さ当たりの磁性コア・励磁コイル・フィルムを含む空間の磁気等価回路図Magnetic equivalent circuit diagram of space including magnetic core, excitation coil, and film per unit length 磁性コアとギャップの等価回路Equivalent circuit of magnetic core and gap コイルとフィルムの等価回路Coil and film equivalent circuit 回路の効率に関する説明図Illustration of circuit efficiency 電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置の図Diagram of experimental device used for measurement experiment of power conversion efficiency 円筒形回転体外部磁束の比率と変換効率を測定した結果Results of measuring the magnetic flux ratio and conversion efficiency of the cylindrical rotating body フィルムと磁性コアとニップ部形成部材の構造体においてフィルムの導電層の内側に温度検知部材を配置した図The figure which arranged the temperature detection member inside the conductive layer of the film in the structure of the film, the magnetic core, and the nip forming member 図26に示す構造体の断面図Sectional view of the structure shown in FIG.

下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の公知の構成に置き換えることは可能である。 Following, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the preferred embodiment of the present invention is an example of the best embodiment of the present invention, the present invention is not limited by the following examples, and other known configurations are within the scope of the idea of the present invention. It is possible to replace with.

[参考例]
(1)画像形成装置100
図2を参照して、定着装置を搭載する画像形成装置を説明する。図2は電子写真記録技術を用いた画像形成装置(本参考例ではモノクロプリンタ)100の一例の概略構成を表わす断面図である。
[Reference example]
(1) Image forming apparatus 100
Referring to FIG. 2, for explaining an image forming apparatus equipped with Fixing device. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of an image forming apparatus (monochrome printer in the present reference example ) 100 using an electrophotographic recording technique.

画像形成装置100において、記録材Pにトナー画像を形成する画像形成部100Aは、像担持体としての感光体ドラム101と、帯電部材102と、レーザスキャナ103と、現像器104と、を有する。更に画像形成部100Aは、感光体ドラムをクリーニングするクリーナ111と、転写部材108と、を有する。以上の画像形成部100Aの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。   In the image forming apparatus 100, an image forming unit 100A that forms a toner image on a recording material P includes a photosensitive drum 101 as an image carrier, a charging member 102, a laser scanner 103, and a developing device 104. Further, the image forming unit 100 </ b> A includes a cleaner 111 that cleans the photosensitive drum, and a transfer member 108. Since the operation of the image forming unit 100A is well known, detailed description thereof is omitted.

画像形成装置本体100B内のカセット105に収納された記録材Pはローラ106の回転によって1枚ずつ繰り出される。その記録材Pはローラ107の回転によって感光体ドラム101と転写部材108とで形成された転写ニップ部108Tに搬送される。転写ニップ部108Tでトナー画像が転写された記録材Pは搬送ガイド109を介して定着装置(定着部)110に送られ、トナー画像は定着装置で記録材に加熱定着される。定着装置110を出た記録材Pはローラ112の回転によってトレイ113に排出される。   The recording material P stored in the cassette 105 in the image forming apparatus main body 100 </ b> B is fed out one by one as the roller 106 rotates. The recording material P is conveyed to a transfer nip portion 108 </ b> T formed by the photosensitive drum 101 and the transfer member 108 by the rotation of the roller 107. The recording material P onto which the toner image has been transferred at the transfer nip portion 108T is sent to a fixing device (fixing portion) 110 via a conveyance guide 109, and the toner image is heated and fixed to the recording material by the fixing device. The recording material P exiting the fixing device 110 is discharged to the tray 113 by the rotation of the roller 112.

(2)定着装置110
図3、図4を参照して、本参考例の定着装置110を説明する。図3は本参考例に係る通電発熱方式の定着装置110の一例の概略構成を表わす断面図である。図4は図3に示す定着装置110の記録材搬送側からの概略構成を表わす正面図である。
(2) Fixing device 110
With reference to FIGS. 3 and 4, the fixing device 110 of this reference example will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an example of the energization / heating type fixing device 110 according to the reference example . FIG. 4 is a front view showing a schematic configuration from the recording material conveyance side of the fixing device 110 shown in FIG.

加圧部材としての加圧ローラ8は、芯金8aと、芯金の長手方向の軸部間の外周に形成された耐熱性の弾性材層8bと、弾性材層の外周に形成された離型層(表層)8cと、を有する。ここで、長手方向とは、記録材の搬送方向aと直交する方向をいう。弾性材層8bの材質としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等の耐熱性のよい材質が好ましい。芯金8aの長手方向の両側の軸部は装置の不図示のフレームに軸受けを介して回転自在に支持されている。   The pressure roller 8 as a pressure member includes a cored bar 8a, a heat-resistant elastic material layer 8b formed on the outer periphery between the shafts in the longitudinal direction of the cored bar, and a separation formed on the outer periphery of the elastic material layer. Mold layer (surface layer) 8c. Here, the longitudinal direction refers to a direction perpendicular to the recording material conveyance direction a. As a material of the elastic material layer 8b, a material having good heat resistance such as silicone rubber, fluorine rubber, and fluorosilicone rubber is preferable. The shaft portions on both sides in the longitudinal direction of the cored bar 8a are rotatably supported by a frame (not shown) of the apparatus via a bearing.

筒状の回転体としての円筒状のフィルム1の内部には、ニップ部形成部材6と、補強部材としてのステイ5が挿通されている。ニップ部形成部材6は、PPS等の耐熱性樹脂材料により形成され、フィルム1を介して加圧ローラ8と対向している。ニップ部形成部材6上に配置されたステイ5は、ステイの長手方向の左端部と右端部が上述したフレームに支持されている。   A nip forming member 6 and a stay 5 as a reinforcing member are inserted into a cylindrical film 1 as a cylindrical rotating body. The nip portion forming member 6 is formed of a heat resistant resin material such as PPS, and faces the pressure roller 8 with the film 1 interposed therebetween. The stay 5 disposed on the nip portion forming member 6 is supported by the frame described above at the left end and the right end in the longitudinal direction of the stay.

ステイ5の左端部と右端部においてフレームに設けられたバネ受け部材18a,18b(図4参照)との間には加圧バネ17a,17bが縮設され、この加圧バネでニップ部形成部材6を加圧ローラ8の母線方向と直交する方向に押圧している。本参考例では、総圧約100N〜250Nの押圧力をニップ部形成部材6に与えている。加圧バネ17a,17bの押圧力により、加圧ローラ8の弾性材層8bを潰して弾性変形させ、フィルム1表面と加圧ローラ表面とで所定幅のニップ部N(図3(a)参照)を形成している。 Pressure springs 17a and 17b are contracted between spring receiving members 18a and 18b (see FIG. 4) provided on the frame at the left end and the right end of the stay 5, and a nip portion forming member is formed by the pressure spring. 6 is pressed in a direction perpendicular to the generatrix direction of the pressure roller 8. In this reference example , a pressing force having a total pressure of about 100 N to 250 N is applied to the nip portion forming member 6. The elastic material layer 8b of the pressure roller 8 is crushed and elastically deformed by the pressing force of the pressure springs 17a and 17b, and a nip N having a predetermined width is formed between the surface of the film 1 and the surface of the pressure roller (see FIG. 3A). ) Is formed.

加圧ローラ8はモータMによって矢印方向(図3(a)参照)へ回転される。フィルム1は、フィルムの内面がニップ部形成部材6と接触しながら加圧ローラ8の回転に追従して矢印方向(図3(a)参照)へ回転する。   The pressure roller 8 is rotated by the motor M in the arrow direction (see FIG. 3A). The film 1 rotates in the direction of the arrow (see FIG. 3A) following the rotation of the pressure roller 8 while the inner surface of the film is in contact with the nip forming member 6.

ニップ部形成部材6の長手方向の左端側にはフランジ部材12aが装着され、右端側にはフランジ部材12bが装着されている(図4参照)。フランジ部材12aは、フィルム1の回転時において、フィルムが長手方向左側に移動した際に当該フィルムの左端部を受けてニップ部形成部材6の長手方向への移動を規制する役目をする。フランジ部材12bは、フィルム1の回転時において、フィルムが長手方向右側に移動した際に当該フィルムの右端部を受けてニップ部形成部材6の長手方向への移動を規制する役目をする。   A flange member 12a is mounted on the left end side in the longitudinal direction of the nip portion forming member 6, and a flange member 12b is mounted on the right end side (see FIG. 4). When the film 1 rotates, the flange member 12a receives the left end portion of the film when the film moves to the left in the longitudinal direction, and serves to regulate the movement of the nip portion forming member 6 in the longitudinal direction. When the film 1 rotates, the flange member 12b receives the right end portion of the film when the film moves to the right side in the longitudinal direction, and serves to regulate the movement of the nip portion forming member 6 in the longitudinal direction.

フィルム1に対するフランジ部材12aの位置は規制部材13aによって規制され、フランジ部材12bの位置は規制部材13bによって規制されている。各規制部材13a,13bはフレームに支持されている。   The position of the flange member 12a with respect to the film 1 is regulated by the regulating member 13a, and the position of the flange member 12b is regulated by the regulating member 13b. Each regulating member 13a, 13b is supported by a frame.

フランジ部材12a,12bの材質としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、フッ素樹脂、LCP樹脂、これらの混合樹脂等の耐熱性の良い材料が好ましい。フッ素樹脂としては、PFA、PTFE、FEPなどが用いられる。LCPは液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer)である。   As the material of the flange members 12a and 12b, materials having good heat resistance such as phenol resin, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, PEEK resin, PES resin, PPS resin, fluorine resin, LCP resin, and mixed resins thereof can be used. preferable. PFA, PTFE, FEP, etc. are used as the fluororesin. LCP is a liquid crystal polymer.

また、フランジ部材12a,12bは、フィルム1の後述する発熱層1aに給電するための電極部材としての機能を兼ねている。フランジ部材12a,12bのフィルム1と接する面にはAg等の導電材(不図示)が塗布され、交番電流をフィルムに導通させる役割も担っている。   The flange members 12a and 12b also function as electrode members for supplying power to a heat generating layer 1a (described later) of the film 1. A conductive material (not shown) such as Ag is applied to the surfaces of the flange members 12a and 12b that are in contact with the film 1, and also plays a role of conducting alternating current to the film.

フィルム1は直径が約10〜50mmである。このフィルム1は、図3(b)に示すように、厚みが30〜200μmの、基層となる発熱層(導電層)1aと、発熱層の外面に形成した弾性層1bと、弾性層の外面に形成した離型層1cと、を有する複合構造の部材である。 The film 1 has a diameter of about 10 to 50 mm. As shown in FIG. 3B , the film 1 has a heat generation layer (conductive layer) 1a as a base layer having a thickness of 30 to 200 μm, an elastic layer 1b formed on the outer surface of the heat generation layer, and an outer surface of the elastic layer. And a release layer 1c formed on the substrate.

発熱層1aは、ポリイミドからなるマトリックス樹脂中に不図示のカーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子とが実質的に均一に分散されて存在している。この発熱層1aの両端部に電極部材としてのフランジ部材12a,12bを接触させ、これらのフランジ部材を通して交流電源Aから交番電流を印加することによって、フィルム1の回転方向と垂直な方向に通電し、発熱層が発熱する。この発熱層1aの熱が弾性層1b、離型層1cに伝達されて、フィルム1全体が加熱される。   In the heat generating layer 1a, a carbon nanomaterial (not shown) and filamentous metal fine particles (not shown) are substantially uniformly dispersed in a matrix resin made of polyimide. The flange members 12a and 12b as electrode members are brought into contact with both ends of the heat generating layer 1a, and an alternating current is applied from the AC power source A through these flange members, thereby energizing in a direction perpendicular to the rotation direction of the film 1. The heat generating layer generates heat. The heat of the heat generating layer 1a is transmitted to the elastic layer 1b and the release layer 1c, and the entire film 1 is heated.

フィルム1の温度検知は、図3(a)、図4に示すように、記録材Pが定着装置110に搬送されてくる側でフィルム1と対向する位置に配設された、温度検知部材としての非接触型サーミスタの検温素子9,10,11によって行われる。検温素子9はフィルム1の長手方向中央に、検温素子10はフィルム1の長手方向左端側に、検温素子11はフィルム1の長手方向右端側に、それぞれ、配設されている。これらの3つの検温素子9,10、11は、それぞれ、フィルム1の回転軸線X(図6参照)の方向において異なる位置の温度を検知する。   As shown in FIGS. 3A and 4, the temperature detection of the film 1 is performed as a temperature detection member disposed at a position facing the film 1 on the side where the recording material P is conveyed to the fixing device 110. This is performed by the temperature measuring elements 9, 10, 11 of the non-contact type thermistor. The temperature measuring element 9 is arranged at the center in the longitudinal direction of the film 1, the temperature measuring element 10 is arranged at the left end in the longitudinal direction of the film 1, and the temperature measuring element 11 is arranged at the right end in the longitudinal direction of the film 1. These three temperature measuring elements 9, 10, and 11 detect temperatures at different positions in the direction of the rotation axis X (see FIG. 6) of the film 1, respectively.

本参考例の定着装置110の加熱定着処理動作を説明する。本参考例の定着装置110は、プリント指令に応じて加圧ローラ8をモータM(図3(a)参照)により矢印方向に回転する。フィルム1は、フィルム内面がニップ部形成部材6と接触しながら加圧ローラ8の回転に追従して矢印方向に回転する。また、プリント指令に応じて通電制御部304(図8参照)を立ち上げる。これにより、交流電源Aからフランジ部材12bを通じてフィルム1の発熱層1aに交番電流が印加され、フィルムの発熱層1aが発熱してフィルムは急速に昇温する。 The heat fixing processing operation of the fixing device 110 of this reference example will be described. The fixing device 110 of this reference example rotates the pressure roller 8 in the direction of the arrow by the motor M (see FIG. 3A) in response to a print command. The film 1 rotates in the direction of the arrow following the rotation of the pressure roller 8 while the inner surface of the film is in contact with the nip forming member 6. Further, the energization control unit 304 (see FIG. 8) is activated in response to the print command. Thereby, an alternating current is applied to the heat generating layer 1a of the film 1 from the AC power source A through the flange member 12b, the heat generating layer 1a of the film generates heat, and the temperature of the film rapidly rises.

フィルム1の表面温度をモニターする検温素子9,10,11の検知温度は定着温度制御部303(図8参照)に出力される。定着温度制御部303は、フィルム1の長手方向中央の検温素子9によって検知された温度をエンジン制御部302(図8参照)に出力する。エンジン制御部302は、定着温度制御部303からの検温素子9の検知温度を基に通電制御部304を制御する。これより、フィルム1は通電されてフィルムの表面温度が所定の温調目標温度(目標温度)に維持・調整される。   The detected temperatures of the temperature measuring elements 9, 10, and 11 for monitoring the surface temperature of the film 1 are output to the fixing temperature control unit 303 (see FIG. 8). The fixing temperature control unit 303 outputs the temperature detected by the temperature measuring element 9 at the center in the longitudinal direction of the film 1 to the engine control unit 302 (see FIG. 8). The engine control unit 302 controls the energization control unit 304 based on the temperature detected by the temperature measuring element 9 from the fixing temperature control unit 303. Thus, the film 1 is energized, and the surface temperature of the film is maintained and adjusted to a predetermined temperature adjustment target temperature (target temperature).

未定着トナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nで挟持搬送されながらトナー画像にフィルム1の熱とニップ圧が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。   While the recording material P carrying the unfixed toner image T is nipped and conveyed at the nip portion N, the heat and nip pressure of the film 1 are applied to the toner image, whereby the toner image is heated and fixed on the recording material.

(3)フィルム破損によるフィルム1回転周期(回転体1回転周期)の温度変化
図5に、定着装置110を立ち上げ、記録材P上の未定着トナー画像Tが定着可能となる温調目標温度まで昇温する過程におけるフィルム1の温度推移を示す。図5に示す温度推移は、加圧ローラ8の回転に追従してフィルム1が回転する状態における温度推移である。図5において、一点鎖線は、フィルム破損が発生していない場合の温度推移を表わしている。実線は、フィルム1に流れる電流の向きを遮るようにフィルム破損が発生した場合のフィルム破損端B、及びフィルム破損端C(図6(c)、(d)参照)での温度推移を表している。
(3) Temperature change in one rotation period of film (rotation period of one rotating body) due to film breakage FIG. 5 shows a temperature control target temperature at which the fixing device 110 is started and the unfixed toner image T on the recording material P can be fixed. The temperature transition of the film 1 in the process of heating up to is shown. The temperature transition shown in FIG. 5 is a temperature transition in a state in which the film 1 rotates following the rotation of the pressure roller 8. In FIG. 5, the alternate long and short dash line represents the temperature transition when no film breakage has occurred. The solid line represents the temperature transition at the film breakage end B and the film breakage end C (see FIGS. 6C and 6D) when the film breakage occurs so as to block the direction of the current flowing through the film 1. Yes.

図5から明らかなように、フィルム破損が無い場合(一点鎖線)は急激な変動がないのに対して、フィルム破損が発生している場合(実線)はフィルム1の1回転周期に応じてフィルム表面温度の変動が大きい。   As is clear from FIG. 5, when there is no film breakage (one-dot chain line), there is no abrupt fluctuation, whereas when film breakage occurs (solid line), the film 1 corresponds to one rotation cycle of the film 1. Large fluctuations in surface temperature.

図6(c)、(d)は、フィルム破損が有る場合に、フィルム1回転周期でフィルムの表面温度が変動する現象を説明するための図である。図6(c)、(d)において、矢印は電流の向きと電流密度を表している。ここで、フィルム1回転周期とは、フィルム1が1回転する期間をいう。   FIGS. 6C and 6D are diagrams for explaining a phenomenon in which the surface temperature of the film fluctuates in one rotation cycle of the film when the film is broken. 6 (c) and 6 (d), arrows indicate the direction of current and the current density. Here, the rotation period of the film 1 refers to a period during which the film 1 rotates once.

前述したとおり、フランジ部材12a,12bを介して交番電流が印加されることにより、図6(a)、(b)のように、フィルム1には、フィルムの回転方向と垂直な方向に、交番電流が流れる。しかし、図6(c)、(d)のように、フィルム破損が生じた場合、フィルム破損端Bや、フィルム破損端Cでは、フィルム1の回転方向と垂直な方向に流れる電流が迂回し、これらのフィルム破損端に電流が集中する。   As described above, when an alternating current is applied through the flange members 12a and 12b, the alternating current is applied to the film 1 in the direction perpendicular to the rotation direction of the film as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Current flows. However, as shown in FIGS. 6C and 6D, when the film breakage occurs, the current flowing in the direction perpendicular to the rotation direction of the film 1 is bypassed at the film breakage end B or the film breakage end C. The current concentrates on these film break edges.

図6(c)のように、フィルム1の回転方向に対して左から右に電流が流れる場合、フィルム破損端Bや、フィルム破損端Cを迂回した電流は、元の経路に戻るわけではなく、抵抗として低い右側の電極部材即ち不図示のフランジ部材12bに近い経路を通る。そのため、フィルム1のフィルム破損端B,C付近からフランジ部材12bまでの領域では、電流密度が高く(密の状態)なる。一方、フィルム1のフィルム破損端B,C付近から左側の電極部材即ち不図示のフランジ部材12aまでの領域は、電流密度が低く(疎の状態)なる。図6(d)のように、フィルム1の回転方向に対して右から左に電流が流れる場合は、フィルム1の回転方向に対する電流密度は、図6(c)と同様の状態となる。   When current flows from left to right with respect to the rotation direction of the film 1 as shown in FIG. 6C, the current that bypasses the film breakage end B or the film breakage end C does not return to the original path. It passes through a path close to the electrode member on the right side which is low as resistance, that is, the flange member 12b (not shown). Therefore, the current density is high (dense state) in the region from the vicinity of the film break ends B and C of the film 1 to the flange member 12b. On the other hand, in the region from the vicinity of the film break ends B and C of the film 1 to the left electrode member, that is, the flange member 12a (not shown), the current density is low (sparse state). When the current flows from right to left with respect to the rotation direction of the film 1 as shown in FIG. 6D, the current density with respect to the rotation direction of the film 1 is in the same state as in FIG.

したがって、図6(c)、(d)のフィルム1のフィルム1回転周期の時間平均をすると、フィルム破損が生じている箇所のフィルム長手全域で、局所的に発熱する部分と、電流が迂回したために電流密度が低くなり低温になる部分が生じる。その結果、前述したようにフィルム1回転周期でフィルム1の長手全域でフィルム表面温度が変動する。   Therefore, when the time average of the film 1 rotation period of the film 1 of FIGS. 6 (c) and 6 (d) is taken, the current is bypassed and the current is locally degenerated in the entire film length where the film is broken. In this case, the current density is lowered and the temperature is lowered. As a result, as described above, the film surface temperature fluctuates over the entire length of the film 1 in one rotation period of the film.

(4)フィルム1回転周期の温度推移に基づくスリーブ破損検知方法
次に、本参考例のフィルム1回転周期の温度推移に基づく、フィルム破損検知方法について説明する。図7は、フィルム破損の大きさによるフィルム1の表面温度の違いを、フィルム2回転分の時間で示した模式図である。図7では、フィルム回転方向のフィルム破損間の距離(図6(c)に示すフィルム1の回転方向におけるフィルム破損端Bとフィルム破損端Cとの間の距離を指す)を、破損長さとした。
(4) Sleeve Breakage Detection Method Based on Temperature Transition of Film 1 Rotation Period Next, a film breakage detection method based on the temperature transition of the film 1 rotation period of this reference example will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing the difference in the surface temperature of the film 1 depending on the magnitude of the film breakage in the time for two rotations of the film. In FIG. 7, the distance between film breaks in the film rotation direction (referring to the distance between the film break end B and the film break end C in the rotation direction of the film 1 shown in FIG. 6C) is the break length. .

図7から明らかなように、破損長さが長い場合は、短い場合と比較して、フィルム破損がない場合の温度(以下、基準温度と記す)T0に対して低温となっている時間(図中のtl)が長くなる。これは、フィルム1の長手方向で考えれば、図6(c)、(d)で示したフィルム両端からフィルムの回転方向と垂直な方向に流れる電流のうち、破損長さが長くなる程、迂回する電流が増えるためである。これは、フィルム1の周回方向で考えれば、電流密度が低い領域が増えるためである。   As is clear from FIG. 7, when the breakage length is long, as compared with the case where the breakage length is short, the time when the film is not broken (hereinafter, referred to as a reference temperature) T0 is lower than the time (FIG. 7). The middle tl) becomes longer. Considering the longitudinal direction of the film 1, the longer the breakage length of the current flowing in the direction perpendicular to the rotation direction of the film from both ends of the film shown in FIGS. This is because the current to be increased increases. This is because the region where the current density is low is increased when considered in the circumferential direction of the film 1.

また、破損長さが長い場合は、フィルム1の温度変化量(図中のTpp)が大きくなる。これは、迂回電流の増加に伴い、フィルム破損端B、フィルム破損端Cでの電流密度が増えるためである。   Further, when the breakage length is long, the temperature change amount (Tpp in the figure) of the film 1 becomes large. This is because the current density at the film breakage edge B and the film breakage edge C increases as the bypass current increases.

上述の特性を利用し、本参考例の定着装置110では、フィルム1回転周期の温度変化量(図7中のTpp)が所定量(所定値)より大きい場合、画像弊害を引き起こす可能性があると判断する。そして、フィルム1への通電を停止したり、ユーザへ装置交換を促す報知(装置の異常を報知)をしたりする。或いは、フィルム1回転周期の基準温度T0よりも低温となる時間(図7中のt1)が所定時間(所定値)より長い場合、画像弊害を引き起こす可能性があると判断する。そしてフィルム1への通電を停止したり、ユーザへ装置交換を促す報知(装置の異常を報知)したりする。 Using the above-described characteristics, in the fixing device 110 of this reference example, if the amount of temperature change (Tpp in FIG. 7) in one rotation period of the film is larger than a predetermined amount (predetermined value), an image defect may be caused. Judge. Then, the energization to the film 1 is stopped, or a notification that prompts the user to replace the device (notification of device abnormality) is given. Alternatively, when the time (t1 in FIG. 7) when the temperature is lower than the reference temperature T0 of one rotation period of the film is longer than a predetermined time (predetermined value), it is determined that there is a possibility of causing an image defect. Then, energization of the film 1 is stopped, or a notification for prompting the user to replace the device (notification of device abnormality) is given.

図8は、プリンタ制御部300のブロック図である。プリンタ制御部300において、プリンタコントローラ301は、ホストコンピュータ311との間で通信と画像データの受信、及びその画像データをプリンタが印字可能な情報に展開する。また、プリンタコントローラ301は、制御部としてのエンジン制御部302との間で信号の送受信、及びシリアル通信を行う。   FIG. 8 is a block diagram of the printer control unit 300. In the printer control unit 300, the printer controller 301 communicates with the host computer 311, receives image data, and develops the image data into information that can be printed by the printer. The printer controller 301 performs transmission / reception of signals and serial communication with an engine control unit 302 as a control unit.

エンジン制御部302は、プリンタコントローラ301との間で信号の送受信を行い、さらに、シリアル通信を介して定着温度制御部303、通電制御部304の制御を行う。   The engine control unit 302 transmits and receives signals to and from the printer controller 301, and further controls the fixing temperature control unit 303 and the energization control unit 304 via serial communication.

定着温度制御部303は、検温素子9によって検知された温度を基にフィルム1の温度制御を行うと共に、フィルムの異常温度の検出等を行う。通電制御部304は、交流電源Aの入力電圧を調整してフィルム1に印加する電力の制御を行う。   The fixing temperature control unit 303 controls the temperature of the film 1 based on the temperature detected by the temperature measuring element 9 and detects an abnormal temperature of the film. The energization controller 304 controls the power applied to the film 1 by adjusting the input voltage of the AC power source A.

このようなプリンタ制御部300を有するプリンタシステムにおいて、ホストコンピュータ311はプリンタコントローラ301に画像データを転送し、逆にプリンタコントローラ301からの装置の耐久寿命情報や、警告情報を取り込む。ここで、プリンタシステムは、画像形成装置100と、この画像形成装置と通信可能なホストコンピュータ311と、を有する。   In such a printer system having the printer control unit 300, the host computer 311 transfers the image data to the printer controller 301, and conversely captures the durable life information and warning information of the apparatus from the printer controller 301. The printer system includes an image forming apparatus 100 and a host computer 311 that can communicate with the image forming apparatus.

図1は、本参考例の定着装置110のフィルム破損検知方法、およびフィルム破損を検知した場合の画像形成装置の動作を示すフローチャートである。図1に示すStep1−1〜Step1−8の一連の処理は、フィルム破損検知シーケンスとしてROMやRAMなどの不図示のメモリに記憶され、温調目標温度に到達する前の定着装置110の立上げ時にエンジン制御部302によって実行される。 FIG. 1 is a flowchart showing a film breakage detection method of the fixing device 110 of this reference example and the operation of the image forming apparatus when film breakage is detected. A series of processing of Step 1-1 to Step 1-8 shown in FIG. 1 is stored in a memory (not shown) such as a ROM or RAM as a film breakage detection sequence, and starts up the fixing device 110 before reaching the temperature adjustment target temperature. Sometimes executed by the engine controller 302.

Step1−1
プリンタコントローラ301がプリント指令を取り込み次第、エンジン制御部302は、モータMを駆動すると共に、温調目標温度となるように定着装置110の立上げ動作を開始する。
Step 1-1
As soon as the printer controller 301 fetches the print command, the engine control unit 302 drives the motor M and starts the start-up operation of the fixing device 110 so that the temperature adjustment target temperature is reached.

Step1−2
定着温度制御部303は、定着装置110の立上げ動作が開始されたと同時に、フィルム1の長手方向中央、長手方向左端部、及び長手方向右端部の検温素子9,10,11で、フィルム1回転周期の温度の変化量(温度の変動量)のモニターを開始する。
Step 1-2
At the same time when the start-up operation of the fixing device 110 is started, the fixing temperature control unit 303 rotates the film one time with the temperature measuring elements 9, 10, 11 at the center in the longitudinal direction, the left end portion in the longitudinal direction, and the right end portion in the longitudinal direction. Start monitoring the amount of change in the temperature of the cycle (the amount of change in temperature).

加圧ローラ8を回転駆動するモータMの速度変動や、加圧ローラ8又はフィルム1の偏芯による速度変動によって、フィルム1回転周期は、理想の時間からのずれが生じる可能性がある。或いはフィルム1周内での加圧ローラ8とフィルム1との摩擦力の変動、フィルムの回転速度の変動などによって、フィルム1回転周期は、理想の時間からのずれが生じる可能性がある。このような場合は、フィルム1回転周期はフィルム1回転周期の理想時間からのずれ分を考慮した時間とし、厳密にフィルム1回転周期とする必要はない。   Depending on the speed fluctuation of the motor M that rotationally drives the pressure roller 8 and the speed fluctuation caused by the eccentricity of the pressure roller 8 or the film 1, the rotation period of the film 1 may deviate from the ideal time. Alternatively, the rotation period of the film 1 may deviate from the ideal time due to a change in the frictional force between the pressure roller 8 and the film 1 within the circumference of the film, a change in the rotation speed of the film, or the like. In such a case, the rotation period of the film is set to a time considering a deviation from the ideal time of the rotation period of the film, and it is not necessary to strictly set the rotation period of the film.

Step1−3
エンジン制御部302は、フィルム1回転周期の変動量が所定値以下か否かを判断する。フィルム1回転周期の変動量は、検温素子9,10,11が検知した温度推移を基に定着温度制御部303が演算する。
Step 1-3
The engine control unit 302 determines whether or not the fluctuation amount of one rotation period of the film is equal to or less than a predetermined value. The fluctuation amount of the rotation period of the film 1 is calculated by the fixing temperature control unit 303 based on the temperature transition detected by the temperature measuring elements 9, 10, and 11.

検温素子9,10,11のいずれかで、上述したフィルム1回転周期の変動量(図7中のTpp)が所定値より大きい場合に、Step1−6に進む。フィルム1回転周期の変動量(図7中のTpp)が所定値以下の場合に、Step1−4に進む。或いは、検温素子9,10,11のいずれかで、フィルム1回転周期の基準温度T0よりも低温となる時間(図7中のt1(変動量))が所定時間(所定値)より長い場合にStep1−6に進む。フィルム1回転周期の基準温度T0よりも低温となる時間(図7中のt1(変動量))が所定時間(所定値)以下の場合にStep1−4に進む。ここで、時間t1はフィルム1回転周期の基準温度T0に対して低温が持続する時間である。   In any one of the temperature measuring elements 9, 10, and 11, when the fluctuation amount (Tpp in FIG. 7) of the rotation period of the film described above is larger than a predetermined value, the process proceeds to Step 1-6. When the fluctuation amount (Tpp in FIG. 7) of the rotation period of the film 1 is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to Step 1-4. Alternatively, when any of the temperature measuring elements 9, 10, and 11 has a time (t1 (variation amount) in FIG. 7) that is lower than the reference temperature T0 of one rotation period of the film longer than a predetermined time (predetermined value). Proceed to Step 1-6. When the time (t1 (fluctuation amount) in FIG. 7) that is lower than the reference temperature T0 of one rotation period of the film is equal to or shorter than a predetermined time (predetermined value), the process proceeds to Step 1-4. Here, the time t1 is a time during which the low temperature continues with respect to the reference temperature T0 of one rotation period of the film.

Step1−4
フィルム1回転周期の変動量が所定値以下である場合、フィルム1の長手方向中央の検温素子9の検知温度が、温調目標温度に到達したか否かを定着温度制御部303が判断する。温調目標温度に到達しない場合は、Step1−3に戻る。
Step1-4
When the fluctuation amount of the rotation period of the film 1 is not more than a predetermined value, the fixing temperature control unit 303 determines whether or not the detected temperature of the temperature detecting element 9 at the center in the longitudinal direction of the film 1 has reached the temperature adjustment target temperature. When the temperature adjustment target temperature is not reached, the process returns to Step 1-3.

Step1−5
フィルム1回転周期の変動量が所定値以下で、かつ、検温素子9の検知温度が温調目標温度に到達した場合は、定着装置110としてプリント可能な状況であると判断し、画像形成装置100の不図示の制御部にPrint Readyを報知する。
Step 1-5
When the fluctuation amount of the rotation period of the film is equal to or less than a predetermined value and the temperature detected by the temperature detecting element 9 reaches the temperature control target temperature, it is determined that the fixing device 110 can print, and the image forming apparatus 100 Print Ready is notified to a control unit (not shown).

Step1−6
Step1−3において、フィルム1回転周期の変動量が所定値より大きい場合、画像弊害を引き起こす可能性がある、フィルム破損が発生していると定着温度制御部303が判断し、その旨をエンジン制御部302へ報知する。
Step 1-6
In Step 1-3, when the fluctuation amount of the rotation period of the film 1 is larger than a predetermined value, the fixing temperature control unit 303 determines that the film breakage may occur, which may cause image trouble, and engine control is performed to that effect. Notification to the unit 302.

Step1−7
フィルム破損が発生していると判断された場合は、エンジン制御部302が、即座に通電制御部304からのフィルム1への電力供給を停止する。
Step 1-7
When it is determined that the film is broken, the engine control unit 302 immediately stops the power supply from the energization control unit 304 to the film 1.

Step1−8
プリンタコントローラ301は、ホストコンピュータ311を介してユーザへ定着装置110の異常を報知する。或いは、画像形成装置本体100Aに設けられたオペレーションパネルを介してユーザへ定着装置110の異常を報知する。
Step 1-8
The printer controller 301 notifies the user of an abnormality in the fixing device 110 via the host computer 311. Alternatively, the abnormality of the fixing device 110 is notified to the user via an operation panel provided in the image forming apparatus main body 100A.

以上説明したように、本参考例の定着装置110は、フィルム1の長手方向に検温素子9,10,11を複数有し、これらの検温素子のそれぞれの検知温度を基にフィルム1回転周期の温度の変動量をモニターする。そしてそのフィルム1回転周期の温度の変動量が所定値より大きい場合に、フィルム破損有りと判断する。フィルム破損有りと判断した場合、画像ムラ、ホットオフセット等の画像弊害を引き起こす前に、フィルム1への電力供給の停止、或いはユーザに装置の異常を報知するため、画像形成装置100の性能を引き出すことが可能となる。 As described above, the fixing device 110 of this reference example has a plurality of temperature detecting elements 9, 10, and 11 in the longitudinal direction of the film 1, and based on the detected temperature of each of these temperature detecting elements, the film 1 rotation period. Monitor the amount of temperature fluctuation. If the amount of change in temperature during one rotation period of the film is greater than a predetermined value, it is determined that the film is broken. When it is determined that the film is damaged, the performance of the image forming apparatus 100 is brought out in order to stop the power supply to the film 1 or to notify the user of the abnormality of the apparatus before causing image problems such as image unevenness and hot offset. It becomes possible.

[実施例1]
定着装置110の他の例を説明する。本実施例に示す定着装置110は、記録材Pが担持する未定着トナー画像Tを電磁誘導発熱する円筒状のフィルム(スリーブ)21の熱で記録材に加熱定着する電磁誘導発熱方式の装置である。
[Example 1]
Another example of the fixing device 110 will be described. The fixing device 110 shown in the present embodiment is an electromagnetic induction heating type device that heats and fixes an unfixed toner image T carried by the recording material P onto the recording material by the heat of a cylindrical film (sleeve) 21 that generates electromagnetic induction heat. is there.

(1)定着装置110
図9は本実施例に係る電磁誘導加熱方式の定着装置110の一例の概略構成を表わす断面図である。図10は図9に示す定着装置110の記録材搬送側からの概略構成を表わす正面図である。
(1) Fixing device 110
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an example of the electromagnetic induction heating type fixing device 110 according to the present embodiment. FIG. 10 is a front view showing a schematic configuration of the fixing device 110 shown in FIG. 9 from the recording material conveyance side.

本実施例の定着装置110は、筒状の回転体としての円筒状のフィルム21と、ニップ部形成部材24と、加圧部材(対向部材)としての加圧ローラ25と、を有する。更に定着装置110は、フィルム21の内部に、磁性芯材としての磁性コア22と、磁界発生手段としての励磁コイル23と、を有する。   The fixing device 110 according to the present exemplary embodiment includes a cylindrical film 21 as a cylindrical rotating body, a nip portion forming member 24, and a pressure roller 25 as a pressure member (opposing member). Furthermore, the fixing device 110 includes a magnetic core 22 as a magnetic core and an exciting coil 23 as a magnetic field generating unit inside the film 21.

ニップ部形成部材24は耐熱性樹脂等で作製されている。このニップ部形成部材24は、フィルム21の内部に挿通され、フィルム内面と接触する加圧ローラ25側の平面24a(図9参照)で加圧ローラ25と共にニップ部Nを形成する。   The nip portion forming member 24 is made of a heat resistant resin or the like. The nip portion forming member 24 is inserted into the film 21, and forms a nip portion N together with the pressure roller 25 on a flat surface 24a (see FIG. 9) on the pressure roller 25 side that contacts the inner surface of the film.

フィルム21は、直径10mm〜50mmの円筒形状である。フィルム21の層構成は、基層となる導電性部材でできた発熱層(導電層)21aと、この発熱層の外面に形成した弾性層21bと、この弾性層の外面に形成した離型層21cからなる複合構造である。発熱層21aの材料は、体積抵抗率の低い金属などが好適である。本実施例では、発熱層21aの材料として、厚さ20μm〜100μmのSUSを用いた。本実施例の定着装置110は、後述するように、フィルム21を周回するように磁路を形成する構成であるため、発熱層21aとして磁路とならない薄い磁性金属や、非磁性金属を用いることができる。 The film 21 has a cylindrical shape with a diameter of 10 mm to 50 mm. The layer structure of the film 21 includes a heat generating layer (conductive layer) 21a made of a conductive member serving as a base layer, an elastic layer 21b formed on the outer surface of the heat generating layer, and a release layer 21c formed on the outer surface of the elastic layer. It is a composite structure consisting of The material of the heat generating layer 21a is preferably a metal having a low volume resistivity. In this example, SUS having a thickness of 20 μm to 100 μm was used as the material of the heat generating layer 21a. As will be described later, the fixing device 110 of the present embodiment has a configuration in which a magnetic path is formed so as to circulate around the film 21, and therefore, a thin magnetic metal or a nonmagnetic metal that does not become a magnetic path is used as the heat generating layer 21a. Can do.

発熱層21aの外面には、弾性層21bとして、硬度が20度(JIS−A、1kg加重)のシリコーンゴムを0.1mm〜0.3mmの厚さで成形した。そしてこの弾性層21bの外面に、離型層(表層)21cとして、10μm〜50μmの厚さのフッ素樹脂チューブを被覆した。   On the outer surface of the heat generation layer 21a, a silicone rubber having a hardness of 20 degrees (JIS-A, 1 kg load) was formed as an elastic layer 21b with a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm. The outer surface of the elastic layer 21b was covered with a fluororesin tube having a thickness of 10 μm to 50 μm as a release layer (surface layer) 21c.

図11は本実施例に係る定着装置110におけるフィルム21の発熱層21aと、磁性コア22と、励磁コイル23の位置関係を表わす斜視図である。   FIG. 11 is a perspective view showing the positional relationship among the heat generating layer 21 a of the film 21, the magnetic core 22, and the exciting coil 23 in the fixing device 110 according to the present embodiment.

図11に示されるように、円柱形状に形成された磁性コア22は、不図示の固定手段でフィルム21の短手方向(記録材Pの搬送方向aと平行な方向)の断面形状のほぼ中央に配置されている。この磁性コア22は、励磁コイル23にて生成した交流磁界(交番磁界)による磁力線(磁束)をフィルム21内部(内面側)に誘導し、磁力線の通路(磁路)を形成する部材として機能する。 As shown in FIG. 11, the magnetic core 22 formed in a columnar shape is substantially centered in the cross-sectional shape in the short direction of the film 21 (direction parallel to the conveyance direction “a” of the recording material P) by a fixing means (not shown). Is arranged. The magnetic core 22 functions as a member that guides the magnetic lines of force (magnetic flux) generated by the alternating magnetic field (alternating magnetic field) generated by the exciting coil 23 to the inside of the film 21 (inner surface side) and forms a path of magnetic lines of force (magnetic path). .

磁性コア22の材料は、ヒステリシス損が小さく、比透磁率の高い材料で形成することが望ましい。磁性コア22の材料として、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、アモルファス合金やパーマロイ等の高透磁率の酸化物や、合金材料で構成する強磁性体が好ましい。また、磁性コア22の直径は、フィルム21の内部に収納可能な範囲で、極力断面積を大きくとることが望ましく、直径5mm〜40mmとした。磁性コア22の形状は円柱形状に限られず、多角柱形状などでも選択できる。   The material of the magnetic core 22 is desirably formed of a material having a small hysteresis loss and a high relative permeability. As the material of the magnetic core 22, for example, a high permeability magnetic oxide such as sintered ferrite, ferrite resin, amorphous alloy or permalloy, or a ferromagnetic material made of an alloy material is preferable. The diameter of the magnetic core 22 is preferably as large as possible within a range that can be accommodated in the film 21, and the diameter is 5 mm to 40 mm. The shape of the magnetic core 22 is not limited to a cylindrical shape, and a polygonal column shape or the like can be selected.

本実施例では、磁性コア22はフィルム21内部のみに配置して開磁路を形成する構成としたが、本実施例の変形例として、フィルムの外部にもフィルムを周回するように磁性コアを配設して閉磁路を形成する構成としてもよい。   In the present embodiment, the magnetic core 22 is arranged only inside the film 21 to form an open magnetic path. However, as a modification of the present embodiment, the magnetic core 22 is circulated around the outside of the film. It is good also as a structure which arrange | positions and forms a closed magnetic circuit.

励磁コイル23は、フィルム21内部の磁性コア22に対し、耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径1〜2mmの銅線材の単一導線を巻数約10〜30巻でフィルムの回転軸線Xに交差する方向に巻線を施して形成された螺旋形状部を有するものである。励磁コイル23の螺旋軸線23Xはフィルム21の回転軸線Xの方向(フィルムの母線方向)実質平行である。ここで、螺旋軸線23Xとは励磁コイル23の導線巻き回し中心をいう。本実施例では巻き数18回で励磁コイル23を構成している。 The exciting coil 23 intersects the rotation axis X of the film with a number of turns of about 10 to 30 turns of a single conductor of a copper wire having a diameter of 1 to 2 mm covered with a heat-resistant polyamideimide with respect to the magnetic core 22 inside the film 21. It has a spiral-shaped part formed by winding in the direction. The spiral axis 23X of the exciting coil 23 is substantially parallel to the direction of the rotation axis X of the film 21 (film bus direction) . Here, the spiral axis 23X refers to the center of the exciting coil 23 where the conductive wire is wound. In this embodiment, the exciting coil 23 is configured with 18 windings.

このように、フィルム21内部にて、フィルムの回転軸線Xの方向と交差する方向に単一導線を磁性コア22に対し巻き回して励磁コイル23を形成している。このため、励磁コイル23に給電接点部23a,23bを介して高周波電流(交流電流)を流すと、フィルム21の回転軸線Xの方向と平行な方向に磁界(磁場)は発生する。つまり、フィルム21の内部に配置され、螺旋軸線23Xがフィルム21の回転軸線Xの方向である励磁コイル23の中に、フィルムの回転軸線の方向に磁場を誘導するための磁性コア22が配置される。   As described above, the exciting coil 23 is formed by winding a single conducting wire around the magnetic core 22 in the direction crossing the direction of the rotation axis X of the film inside the film 21. For this reason, when a high-frequency current (alternating current) is passed through the excitation coil 23 via the power supply contact portions 23 a and 23 b, a magnetic field (magnetic field) is generated in a direction parallel to the direction of the rotation axis X of the film 21. That is, the magnetic core 22 is arranged in the exciting coil 23 which is arranged inside the film 21 and whose spiral axis line 23X is the direction of the rotation axis X of the film 21 to induce a magnetic field in the direction of the film rotation axis. The

加圧ローラ25は、芯金25aと、この芯金の長手方向両側の軸部間の外面に形成した弾性層25bと、この弾性層の外面に形成した離型層25cと、を有する外径30mmの部材である。   The pressure roller 25 has an outer diameter having a cored bar 25a, an elastic layer 25b formed on the outer surface between the shafts on both sides in the longitudinal direction of the cored bar, and a release layer 25c formed on the outer surface of the elastic layer. It is a 30 mm member.

図10に示されるように、ニップ部形成部材24の長手方向の左端部側にはフランジ部材26aが装着され、右端部側にはフランジ部材26bが装着されている。フランジ部材26aは、フィルム21の回転時において、フィルムが長手方向左側に移動した際に当該フィルムの左端部を受けてニップ部形成部材24の長手方向への移動を規制する役目をする。フランジ部材26bは、フィルム21の回転時において、フィルムが長手方向右側に移動した際に当該フィルムの右端部を受けてニップ部形成部材24の長手方向への移動を規制する役目をする。   As shown in FIG. 10, a flange member 26a is mounted on the left end side in the longitudinal direction of the nip portion forming member 24, and a flange member 26b is mounted on the right end side. When the film 21 rotates, the flange member 26a receives the left end portion of the film when the film moves to the left side in the longitudinal direction, and serves to regulate the movement of the nip portion forming member 24 in the longitudinal direction. When the film 21 rotates, the flange member 26b receives the right end portion of the film when the film moves to the right side in the longitudinal direction, and serves to regulate the movement of the nip portion forming member 24 in the longitudinal direction.

フィルム21に対するフランジ部材26aの位置は規制部材27aによって規制され、フランジ部材26bの位置は規制部材27bによって規制されている。各規制部材27a,27bは装置の不図示のフレームに支持されている。   The position of the flange member 26a with respect to the film 21 is regulated by the regulating member 27a, and the position of the flange member 26b is regulated by the regulating member 27b. Each regulating member 27a, 27b is supported by a frame (not shown) of the apparatus.

本実施例の定着装置110は、ニップ部形成部材24の長手方向の左端部と右端部を上述したフレームに支持させると共に、このフレームに加圧ローラ25の芯金25aの軸部を軸受け(不図示)を介して回転可能に支持させている。そして、ニップ部形成部材24の左端部と右端部においてフレームのバネ受け部材18a,18bとの間に縮設させた加圧バネ17a,17bでニップ部形成部材を加圧ローラ25の母線方向と直交する方向に押圧している。   The fixing device 110 according to the present embodiment supports the left end portion and the right end portion in the longitudinal direction of the nip portion forming member 24 on the above-described frame, and the shaft portion of the core metal 25a of the pressure roller 25 is supported by the frame (not fixed). And is supported so as to be rotatable. Then, the nip portion forming member is placed between the spring receiving members 18a and 18b of the frame at the left end portion and the right end portion of the nip portion forming member 24 so that the nip portion forming member is aligned with the generatrix direction of the pressure roller 25. Pressing in the orthogonal direction.

本実施例では、総圧約98N〜196N(約10kgf〜約20kgf)の押圧力をニップ部形成部材24に与えている。この押圧力によりニップ部形成部材24の平面24aをフィルム21を介して加圧ローラ25表面に加圧する。これにより、加圧ローラ25の弾性層25bが潰れて弾性変形し、フィルム21表面と加圧ローラ表面とで所定幅のニップ部Nが形成される。   In the present embodiment, a pressing force of a total pressure of about 98 N to 196 N (about 10 kgf to about 20 kgf) is applied to the nip portion forming member 24. With this pressing force, the flat surface 24 a of the nip portion forming member 24 is pressed against the surface of the pressure roller 25 through the film 21. Thereby, the elastic layer 25b of the pressure roller 25 is crushed and elastically deformed, and a nip portion N having a predetermined width is formed between the surface of the film 21 and the surface of the pressure roller.

本実施例の定着装置110の定着加熱処理動作を説明する。本実施例の定着装置110は、プリント指令に応じて加圧ローラ25をモータMにより矢印方向に回転する(図9参照)。フィルム21は、フィルム内面がニップ部形成部材24の平面24aと接触しながら加圧ローラ25の回転に追従して矢印方向に回転する。また、プリント指令に応じて通電制御部304が温調制御部としての高周波コンバータ306を立ち上げ、高周波コンバータは励磁コイル23に給電接点部23a,23bを介して高周波電流を供給する。これにより、フィルム21の発熱層21aが電磁誘導発熱してフィルムは急速に昇温する。   The fixing heat treatment operation of the fixing device 110 of this embodiment will be described. The fixing device 110 of this embodiment rotates the pressure roller 25 in the direction of the arrow by the motor M in accordance with a print command (see FIG. 9). The film 21 rotates in the direction of the arrow following the rotation of the pressure roller 25 while the inner surface of the film is in contact with the flat surface 24 a of the nip portion forming member 24. In response to the print command, the energization control unit 304 starts up the high frequency converter 306 as a temperature control unit, and the high frequency converter supplies a high frequency current to the excitation coil 23 via the power supply contact portions 23a and 23b. Thereby, the heat generating layer 21a of the film 21 generates heat by electromagnetic induction, and the temperature of the film rapidly rises.

フィルム21の表面温度をモニターする検温素子9,10,11の出力信号は定着温度制御部303に出力される。定着温度制御部303は、フィルム21の長手方向中央の検温素子9によって検知された温度をエンジン制御部302(図8参照)に出力する。エンジン制御部302は、定着温度制御部303からの検温素子9の検知温度を基に通電制御部304を制御する。通電制御部304は高周波コンバータ306を制御し、これによりフィルム21の表面温度は所定の温調目標温度(目標温度)に維持・調整される
未定着トナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nで挟持搬送されながらトナー画像にフィルム21の熱とニップ圧が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。
Output signals from the temperature measuring elements 9, 10, 11 that monitor the surface temperature of the film 21 are output to the fixing temperature control unit 303. The fixing temperature control unit 303 outputs the temperature detected by the temperature measuring element 9 at the center in the longitudinal direction of the film 21 to the engine control unit 302 (see FIG. 8). The engine control unit 302 controls the energization control unit 304 based on the temperature detected by the temperature measuring element 9 from the fixing temperature control unit 303. The energization control unit 304 controls the high-frequency converter 306, whereby the surface temperature of the film 21 is maintained and adjusted to a predetermined temperature adjustment target temperature (target temperature) .
While the recording material P carrying the unfixed toner image T is nipped and conveyed at the nip portion N, the heat and nip pressure of the film 21 are applied to the toner image, whereby the toner image is heated and fixed on the recording material.

図12を参照して、フィルム21の発熱原理を説明する。図12の(a)は発熱層21aの短手方向の断面においてフィルム21に流れる電流とフィルムに生成される磁場を表わした模式図である。図12の(b)は発熱層21aの長手方向においてフィルム21に流れる電流を表わした模式図である。   The heat generation principle of the film 21 will be described with reference to FIG. FIG. 12A is a schematic diagram showing the current flowing in the film 21 and the magnetic field generated in the film in the cross section in the short direction of the heat generating layer 21a. FIG. 12B is a schematic diagram showing the current flowing through the film 21 in the longitudinal direction of the heat generating layer 21a.

図12では、フィルム21の中心から、磁性コア22、励磁コイル23、発熱層21aを同心円状に配置した例を示す(図12(a)参照)。図中奥行き方向に向かう矢印磁力線をBin(○の中に×印)で、そして図中手前方向に向かう矢印磁力線をBout(○の中に●印)で模擬している。   FIG. 12 shows an example in which the magnetic core 22, the exciting coil 23, and the heat generating layer 21a are arranged concentrically from the center of the film 21 (see FIG. 12A). In the figure, the arrow magnetic field lines directed in the depth direction are simulated by Bin (× in the circle), and the arrow magnetic lines in the forward direction in the figure are simulated by Bout (• in the circle).

励磁コイル23の中に矢印Iの向きに電流が増加している瞬間は、磁路の中に図中奥行き方向に向かう矢印(○の中に×印)のように磁力線を形成する。すなわち、発熱層21aの内側である磁性コア22の中を奥行き方向に向かう磁力線Binは8本であり、発熱層21aの外側を手前方向に帰ってくる磁力線Boutも8本である。実際に交番磁界を形成した時には、このように形成する磁力線を打ち消すように、発熱層21aの周方向全域に誘導起電力がかかり、矢印Jのようにフィルム21を周回する電流が流れる(以後、この電流を周回電流と呼ぶ)。   At the moment when the current increases in the direction of the arrow I in the exciting coil 23, a magnetic field line is formed in the magnetic path as indicated by an arrow (X mark in the circle) directed in the depth direction in the figure. That is, there are eight magnetic lines Bin that go in the depth direction inside the magnetic core 22 that is inside the heat generating layer 21a, and there are eight magnetic lines Bout that return to the front side outside the heat generating layer 21a. When an alternating magnetic field is actually formed, an induced electromotive force is applied to the entire circumferential direction of the heat generating layer 21a so as to cancel the magnetic field lines formed in this way, and a current that flows around the film 21 flows as indicated by an arrow J (hereinafter, referred to as an arrow J). This current is called the circular current).

誘導起電力は、フィルム21の発熱層21aの周回方向にかかっているので、周回電流Jは発熱層21a内部を一様に流れる。そして磁性コア22より生じる磁力線は、高周波電流により生成消滅と方向反転を繰り返すため、周回電流Jは高周波電流と同期して生成消滅と方向反転を繰り返し流れる。発熱層21aに電流が流れると、発熱層の材料(金属)がもつ電気抵抗により発熱層にジュール熱が生じる。   Since the induced electromotive force is applied in the circulation direction of the heat generating layer 21a of the film 21, the circulating current J flows uniformly in the heat generating layer 21a. The lines of magnetic force generated from the magnetic core 22 repeat generation and disappearance and direction reversal due to the high-frequency current. Therefore, the circular current J repeats generation and disappearance and direction reversal in synchronization with the high-frequency current. When a current flows through the heat generating layer 21a, Joule heat is generated in the heat generating layer due to the electric resistance of the material (metal) of the heat generating layer.

ジュール発熱は、一般的に「鉄損」と呼ばれ、発熱量Peは次の(1)式で表される。   Joule heat generation is generally called “iron loss”, and the heat generation amount Pe is expressed by the following equation (1).

Pe: 発熱量
t: フィルム厚み
f: 周波数
Bm: 最大磁束密度
ρ: 抵抗率
ke: 比例定数
磁性コア22より生じる磁力線は、フィルム21の回転軸線Xの方向(図11参照)と平行に生じるため、周回電流Jは、フィルムの回転軸線の方向と直交する周回方向に流れる。
Pe: Heat generation amount t: Film thickness f: Frequency Bm: Maximum magnetic flux density ρ: Resistivity ke: Proportional constant Magnetic field lines generated from the magnetic core 22 are generated in parallel with the direction of the rotation axis X of the film 21 (see FIG. 11). The circulation current J flows in the circulation direction orthogonal to the direction of the rotation axis of the film.

上記のようにして発生する周回電流Jは、磁性コア22の内包する磁束と、発熱層21aの抵抗値に依存し、発熱層自身の磁束密度とは関係しない。そのため、磁路とならない薄い磁性金属製の発熱層21a、或いは非磁性金属製の発熱層21aでも高い効率で発熱することが可能である。また、発熱層21aの抵抗値が極端に変わらない範囲においては、発熱層の材料の厚みにも依存しない。更に、発熱層21aとして金属材料以外の導電性樹脂等を用いた場合でも、発熱層を発熱させることは可能である。   The circulating current J generated as described above depends on the magnetic flux contained in the magnetic core 22 and the resistance value of the heat generating layer 21a, and is not related to the magnetic flux density of the heat generating layer itself. Therefore, even a thin magnetic metal heating layer 21a that does not become a magnetic path or a nonmagnetic metal heating layer 21a can generate heat with high efficiency. Moreover, in the range where the resistance value of the heat generating layer 21a does not change extremely, it does not depend on the thickness of the material of the heat generating layer. Further, even when a conductive resin other than a metal material is used as the heat generating layer 21a, the heat generating layer can generate heat.

つまり、本実施例のフィルム21は、励磁コイル23に高周波電流を流すことで発熱層21aの周回方向に誘導電流を生じさせ、この誘導電流により発熱層が発熱する。   That is, in the film 21 of this embodiment, an induction current is generated in the circumferential direction of the heat generating layer 21a by passing a high-frequency current through the exciting coil 23, and the heat generating layer generates heat by this induced current.

本実施例の定着装置110の上記説明以外の装置構成は参考例と同じであるのでその詳細な説明は省略する。 Since the configuration of the fixing device 110 of the present embodiment other than that described above is the same as that of the reference example , detailed description thereof is omitted.

(2)フィルム破損によるフィルム1回転周期の温度変化
図13に、定着装置110を立ち上げ、記録材P上の未定着トナー画像Tが定着可能となる温調目標温度まで昇温する過程におけるフィルム21の温度推移を示す。図13に示す温度推移は、参考例と同様、加圧ローラ25の回転に追従してフィルム21が回転する状態における温度推移である。図14は、フィルム21に流れる電流を遮るようにフィルム破損が発生した場合に、フィルムの1回転周期でフィルムの表面温度が変動する現象を説明するための図である。図14において矢印は電流の向きと電流密度を表している。
Xはフィルム21の回転軸線である。
(2) Temperature change in one rotation cycle of film due to film breakage FIG. 13 shows the film in the process of starting up the fixing device 110 and raising the temperature to the temperature control target temperature at which the unfixed toner image T on the recording material P can be fixed. The temperature transition of 21 is shown. The temperature transition shown in FIG. 13 is a temperature transition in a state where the film 21 rotates following the rotation of the pressure roller 25 as in the reference example . FIG. 14 is a diagram for explaining a phenomenon in which the surface temperature of the film fluctuates in one rotation cycle of the film when the film breakage occurs so as to block the current flowing through the film 21. In FIG. 14, arrows indicate the direction of current and the current density.
X is the rotation axis of the film 21.

図13、図14を用いて、本実施例の定着装置110におけるフィルム21のフィルム破損によるフィルム1回転周期の温度変化について説明する。   With reference to FIGS. 13 and 14, a description will be given of a temperature change in one rotation period of the film due to the film breakage of the film 21 in the fixing device 110 of the present embodiment.

本実施例の定着装置110は、フィルム21に流れる電流の向きは、図14に示されるように、参考例のそれとは異なり、フィルムの回転方向と平行である(実際には、交番電流がかかるので、矢印と逆方向に流れる電流もある)。そのため、図14のように、フィルム21の回転軸線Xの方向にフィルム破損が生じた場合のフィルム破損端Dにフィルムの回転方向に流れる周回電流が集中し、そのフィルム破損端で局所的に発熱する。また、フィルム21の温度分布も、参考例の形態と異なる。 In the fixing device 110 of this embodiment, the direction of the current flowing through the film 21 is parallel to the rotation direction of the film, unlike the reference example , as shown in FIG. 14 (actually an alternating current is applied). So there is also a current that flows in the opposite direction of the arrow). Therefore, as shown in FIG. 14, the circulating current flowing in the rotation direction of the film concentrates on the film break end D when the film break occurs in the direction of the rotation axis X of the film 21, and locally generates heat at the film break end. To do. Further, the temperature distribution of the film 21 is also different from that of the reference example .

参考例の定着装置110では、フィルム1にフィルム破損が発生した場合のフィルム破損端Bや、フィルム破損端C付近のフィルム長手全域で温度変化が生じる。これに対し、本実施例の定着装置110では、参考例のフィルム1とはフイルム21に流れる電流の方向の違いにより、フィルム21のフィルム破損部から長手方向に十分離れた領域では、フィルム温度はフィルム破損の影響を受けない。 In the fixing device 110 according to the reference example , a temperature change occurs in the film breakage edge B when the film 1 is broken or in the entire film length in the vicinity of the film breakage edge C. On the other hand, in the fixing device 110 of this embodiment, the film temperature in the region sufficiently separated in the longitudinal direction from the damaged portion of the film 21 due to the difference in the direction of the current flowing through the film 21 from the film 1 of the reference example. Unaffected by film damage.

図13に示す一点鎖線は、図14中の領域Fのように、フィルム21の長手方向において、フィルム破損が発生している領域(図14に示す領域E)から十分離れた領域の温度推移である。一方、図13に示す実線は、フィルム21を流れる電流を遮る方向にフィルム破損が発生している場合の、図14中のフィルム破損端Dの温度推移を表している。また、図13に示す破線は、図14中の領域Eのように、フィルム破損が発生している領域の温度推移である。   The dashed-dotted line shown in FIG. 13 is the temperature transition of the area | region sufficiently away from the area | region (area | region E shown in FIG. 14) where the film breakage has generate | occur | produced in the longitudinal direction of the film 21, like the area | region F in FIG. is there. On the other hand, the solid line shown in FIG. 13 represents the temperature transition of the film breakage end D in FIG. 14 when the film breakage occurs in the direction of blocking the current flowing through the film 21. Moreover, the broken line shown in FIG. 13 is a temperature transition of the area | region where the film breakage has generate | occur | produced like the area | region E in FIG.

図13から明らかなように、フィルム破損端(領域D、実線)は、フィルム21の1回転周期に応じてフィルム表面温度の変動が大きい。フィルム破損が発生している領域(領域E、破線)は、図14に示すフィルム破損端Dを迂回する周回電流の影響を受けて、フィルム破損が発生している領域から十分離れた領域(領域F、一点破線)よりもフィルム表面温度が下がる。また、フィルム破損が発生している領域では通電することができないため、フィルム1回転周期に応じてフィルム表面温度が下側に変動する。   As is clear from FIG. 13, the film breakage edge (region D, solid line) has a large fluctuation of the film surface temperature according to one rotation cycle of the film 21. The area where the film breakage occurs (area E, broken line) is an area (area where the film breakage occurs) that is sufficiently separated from the area where the film breakage occurs due to the influence of the circulating current that bypasses the film break end D shown in FIG. F, the film surface temperature is lower than the one-dot broken line). Moreover, since it cannot energize in the area | region where the film breakage has generate | occur | produced, a film surface temperature is fluctuate | varied below according to 1 rotation period of a film.

実験例として、フィルム1回転周期の温度変動量を測定した結果を示す。直径30mm、長さ240mmのフィルムを用い、温調目標温度160℃、投入最大電力1000W、フィルム回転速度210mm/secという条件下で実験を行った。   As an experimental example, the result of measuring the temperature fluctuation amount in one rotation period of the film is shown. An experiment was conducted using a film having a diameter of 30 mm and a length of 240 mm under the conditions of a temperature control target temperature of 160 ° C., a maximum input power of 1000 W, and a film rotation speed of 210 mm / sec.

表1は、温調目標温度に到達するまでのフィルム破損長さ(図14参照)、及びフィルム破損端Dからの距離L(図14参照)の違いでの、フィルム1回転周期の温度の変動量の結果を表している。ここで、フィルム1回転周期の温度の変動量とは、フィルム破損端Dから十分離れた位置での、基準温度としてのフィルム温度のフィルム1回転周期の平均温度と、表1の各位置でのフィルム温度のフィルム1回転周期の最大温度との差分である。ここで、フィルム破損端Dから十分離れた位置とは、フィルム端部端Dから120mm離れたフィルム中央の検温素子9の位置である。つまり、表1は、通常の定着装置の立上げ時に、フィルム21が発熱する温度以外で昇温している温度変化を表している。   Table 1 shows the fluctuation of the temperature of one rotation cycle of the film depending on the difference in the film breakage length until the temperature control target temperature is reached (see FIG. 14) and the distance L from the film breakage end D (see FIG. 14). Represents the quantity result. Here, the fluctuation amount of the temperature of one rotation cycle of the film is the average temperature of the rotation cycle of the film as the reference temperature at a position sufficiently away from the film breakage edge D, and each position in Table 1. It is the difference between the film temperature and the maximum temperature of one rotation period of the film. Here, the position sufficiently away from the film breakage end D is the position of the temperature measuring element 9 at the center of the film 120 mm away from the film end D. That is, Table 1 shows a temperature change in which the temperature is raised at a temperature other than the temperature at which the film 21 generates heat when the normal fixing device is started up.

図15は、表1の結果をグラフ化した図である。フィルム破損長さが大きくなるほど、また、フィルム破損端Dからの長手方向距離Lが近くなるほど、フィルム1回転周期の温度変動が大きいという結果が得られた。本実施例の定着装置110では、フィルム破損が発生していない場合、フィルム表面の温度ムラによる画像均一性への影響を避けるため、フィルム21の長手方向の温度ムラは8℃以内に維持できるような構成となっている。したがって、フィルム21のフィルム破損端Dからの長手方向距離Lが40mm以内であれば、フィルム破損長さ4mmのフィルム破損を検出できることになる。   FIG. 15 is a graph showing the results of Table 1. The results showed that the greater the film breakage length and the closer the longitudinal distance L from the film breakage edge D, the greater the temperature fluctuation in one rotation cycle of the film. In the fixing device 110 of the present embodiment, when the film is not damaged, the temperature unevenness in the longitudinal direction of the film 21 can be maintained within 8 ° C. in order to avoid the influence on the image uniformity due to the temperature unevenness on the film surface. It has become a structure. Therefore, if the longitudinal distance L from the film breakage end D of the film 21 is within 40 mm, it is possible to detect a film breakage having a film breakage length of 4 mm.

図16は、以上の結果を踏まえ、フィルム21の長手方向に沿って配置した、本実施例の3つの検温素子9,10,11の長手位置を説明する図である。   FIG. 16 is a diagram for explaining the longitudinal positions of the three temperature measuring elements 9, 10, 11 of the present embodiment, which are arranged along the longitudinal direction of the film 21 based on the above results.

本実施例の定着装置110において、検温素子10,11は、フィルム21の長手方向の中央位置に配置した検温素子9に対してそれぞれ80mmだけ離れた等間隔位置に配置されている。その結果、フィルム破損端Dと直接対向する位置に検温素子を配置しなくても、3つの検温素子9,10,11のいずれかで、フィルム21の任意の位置で発生したフィルム破損をフィルム1回転周期の温度の変動量から検出できる。   In the fixing device 110 according to the present embodiment, the temperature measuring elements 10 and 11 are arranged at equally spaced positions separated by 80 mm from the temperature measuring element 9 arranged at the center position in the longitudinal direction of the film 21. As a result, even if the temperature measuring element is not disposed at a position directly opposite to the film damaged end D, any one of the three temperature measuring elements 9, 10, and 11 causes film damage occurring at an arbitrary position of the film 21. It can be detected from the fluctuation amount of the temperature of the rotation cycle.

本実施例のフィルム21において、シリコーンゴムからなる弾性層21bと、その弾性層の外面に形成したフッ素樹脂チューブからなる離型層21cの耐熱温度はいずれも230℃である。定着装置110の温調目標温度は160℃、フィルム破損長さ4mmの場合のフィルム破損端Dでのフィルム表面の最高温度はフィルム破損がない場合に対して+50℃であり、耐熱温度以下で素早くフィルム破損を検出することができる。   In the film 21 of this example, the heat resistance temperature of the elastic layer 21b made of silicone rubber and the release layer 21c made of a fluororesin tube formed on the outer surface of the elastic layer are both 230 ° C. The temperature control target temperature of the fixing device 110 is 160 ° C., and the maximum temperature of the film surface at the film break end D when the film breakage length is 4 mm is + 50 ° C. with respect to the case where there is no film breakage. Film breakage can be detected.

(3)フィルム1回転周期の温度推移に基づくフィルム破損検知方法
本実施例の定着装置110におけるフィルム破損検知方法、及びフィルム破損を検知した場合の画像形成装置の動作は、参考例の定着装置110と同様、フィルム破損検知シーケンスとしてメモリに記憶され、エンジン制御部302によって実行される。本実施例のフィルム破損検知シーケンスも、実施例1と同様、温調目標温度に到達する前の定着装置110の立上げ時に実行される。本実施例のフィルム破損検知シーケンスは、図1のStep1−3で、フィルム1回転周期の温度の変動量として、フィルム1回転周期の最大温度と基準温度(平均温度)との差分を用いた点を除いて、参考例と同じである。
(3) Film Breakage Detection Method Based on Temperature Transition of One Rotation Period of Film The film breakage detection method in the fixing device 110 of this embodiment and the operation of the image forming apparatus when film breakage is detected are the fixing device 110 of the reference example. In the same manner as described above, the film breakage detection sequence is stored in the memory and executed by the engine control unit 302. Similarly to the first embodiment, the film breakage detection sequence of the present embodiment is also executed when the fixing device 110 is started up before reaching the temperature control target temperature. The film breakage detection sequence of the present example is Step 1-3 in FIG. 1, and uses the difference between the maximum temperature of the film rotation period and the reference temperature (average temperature) as the amount of change in the temperature of the film rotation period. Except for, it is the same as the reference example .

以上説明したように、本実施例の定着装置110は、回転方向と平行な方向に流れる電流(周回電流)によって発熱するフィルム21を有する。本実施例の定着装置においても、フィルム21の長手方向に検温素子9,10,11を複数有し、これらの検温素子のそれぞれの検知温度を基にフィルム1回転周期の温度の変動量をモニターする。そしてそのフィルム1回転周期の温度の変動量が所定値より大きい場合に、フィルム破損有りと判断する。フィルム破損有りと判断した場合、画像ムラ、ホットオフセット等の画像弊害を引き起こす前に、フィルム1への電力供給の停止、或いはユーザに装置の異常を報知するため、画像形成装置100の性能を引き出すことが可能となる。   As described above, the fixing device 110 according to the present exemplary embodiment includes the film 21 that generates heat by a current (circular current) flowing in a direction parallel to the rotation direction. The fixing device of this embodiment also has a plurality of temperature sensing elements 9, 10, and 11 in the longitudinal direction of the film 21, and monitors the amount of temperature fluctuation in one rotation period of the film based on the detected temperature of each of these temperature sensing elements. To do. If the amount of change in temperature during one rotation period of the film is greater than a predetermined value, it is determined that the film is broken. When it is determined that the film is damaged, the performance of the image forming apparatus 100 is brought out in order to stop the power supply to the film 1 or to notify the user of the abnormality of the apparatus before causing image problems such as image unevenness and hot offset. It becomes possible.

[本実施例の定着装置110の発熱メカニズム]
(1)定着装置110の発熱メカニズム
図18の(a)を用いて本実施例の定着装置110の発熱メカニズムについて説明する。
[Heat generation mechanism of fixing device 110 of this embodiment]
(1) Heat generation mechanism of fixing device 110 The heat generation mechanism of the fixing device 110 of this embodiment will be described with reference to FIG.

励磁コイル23に交流電流を流して生じた磁力線が筒状の導電層の内側の磁性コア22の内部を発熱層(以下、導電層と記す)21aの母線方向(SからNに向かう方向)に通過し、磁性コアの一端(N)から導電層の外側に出て磁性コアの他端(S)に戻る。その結果、導電層21aの内側を導電層の母線方向に貫く磁束の増減を妨げる方向の磁力線を発生させる誘導起電力が導電層に生じて導電層の周方向に電流が誘導される。この誘導電流によるジュール熱で導電層が発熱する。この導電層21aに生じる誘導起電力Vの大きさは、下記の式(500)から導電層の内部を通過する単位時間当たりの磁束の変化量(Δφ/Δt)及びコイルの巻き数に比例する。   Magnetic lines of force generated by passing an alternating current through the exciting coil 23 pass through the inside of the magnetic core 22 inside the cylindrical conductive layer in the direction of the generatrix (hereinafter referred to as the conductive layer) 21a of the heat generating layer (direction from S to N). Passes out from one end (N) of the magnetic core to the outside of the conductive layer and returns to the other end (S) of the magnetic core. As a result, an induced electromotive force is generated in the conductive layer that generates a magnetic force line in a direction that prevents increase or decrease in the magnetic flux penetrating the inside of the conductive layer 21a in the bus line direction of the conductive layer, and current is induced in the circumferential direction of the conductive layer. The conductive layer generates heat due to Joule heat generated by the induced current. The magnitude of the induced electromotive force V generated in the conductive layer 21a is proportional to the amount of change in magnetic flux per unit time (Δφ / Δt) passing through the inside of the conductive layer and the number of turns of the coil from the following equation (500). .

(2)導電層の外側を通る磁束の割合と電力の変換効率との関係
ところで、図18(a)の磁性コア22はループを形成しておらず端部を有する形状である。図18(b)のような磁性コア22が導電層21aの外でループを形成している定着装置における磁力線は、磁性コアに誘導されて導電層の内側から外側に出て内側に戻る。
(2) Relationship between ratio of magnetic flux passing outside of conductive layer and power conversion efficiency The magnetic core 22 in FIG. 18A does not form a loop but has an end portion. The magnetic lines of force in the fixing device in which the magnetic core 22 forms a loop outside the conductive layer 21a as shown in FIG. 18B is induced by the magnetic core and exits from the inside to the outside of the conductive layer.

しかしながら、本実施例のように磁性コア22が端部を有する構成の場合、磁性コアの端部から出た磁力線を誘導するものはない。このため、磁性コア22の一端を出た磁力線が磁性コアの他端に戻る経路(NからS)は、導電層21aの外側を通る外側ルートと、導電層の内側を通る内側ルートと、のいずれも通る可能性がある。以後、導電層21aの外側を通って磁性コア22のNからSに向かうルートを外側ルート、導電層21aの内側を通って磁性コア22のNからSに向かうルートを内側ルートと呼ぶ。   However, in the case where the magnetic core 22 has an end portion as in the present embodiment, there is nothing that induces the lines of magnetic force emitted from the end portion of the magnetic core. For this reason, the path (N to S) in which the magnetic lines of force exiting one end of the magnetic core 22 return to the other end of the magnetic core includes an outer route passing outside the conductive layer 21a and an inner route passing inside the conductive layer. Both are likely to pass. Hereinafter, a route from N to S of the magnetic core 22 through the outside of the conductive layer 21a is referred to as an outer route, and a route from N to S of the magnetic core 22 through the inside of the conductive layer 21a is referred to as an inner route.

この磁性コア22の一端から出た磁力線のうち外側ルートを通る磁力線の割合は、コイル23に投入した電力のうち導電層21aの発熱で消費される電力(電力の変換効率)と相関があり、重要なパラメータである。外側ルートを通る磁力線の割合が増加する程、コイル23に投入した電力のうち導電層21aの発熱で消費される電力の割合(電力の変換効率)は高くなる。   The ratio of the magnetic force lines passing through the outer route out of the magnetic force lines coming out from one end of the magnetic core 22 has a correlation with the power consumed by the heat generation of the conductive layer 21a (power conversion efficiency) among the power input to the coil 23. It is an important parameter. As the ratio of the magnetic field lines passing through the outer route increases, the ratio of the power consumed by the heat generation of the conductive layer 21a (the power conversion efficiency) in the power input to the coil 23 increases.

この理由は、トランスにおいて漏れ磁束が十分少なく、トランスの1次巻線と2次巻線の中を通過する磁束の数が等しいと電力の変換効率は高くなることと原理は同じである。つまり、本実施例においては、磁性コア22の内部を通過する磁束と、外側ルートをに通過する磁束の数が近い程、電力の変換効率は高くなり、コイル23に流した高周波電流を導電層の周回電流として効率よく電磁誘導できることになる。   The reason is the same as the principle that the power conversion efficiency increases when the number of magnetic fluxes passing through the primary and secondary windings of the transformer is the same. That is, in this embodiment, the closer the number of magnetic fluxes passing through the inside of the magnetic core 22 and the number of magnetic fluxes passing through the outer route, the higher the power conversion efficiency, and the high-frequency current passed through the coil 23 is converted into the conductive layer. Therefore, electromagnetic induction can be efficiently performed as a circular current.

これは、図18(a)における励磁コア22の内部をSからNに向かう磁力線と、内側ルートを通る磁力線は向きが反対であるから、磁性コアを含めた導電層21aの内側全体で見ると、これらの磁力線は打ち消しあうことになる。その結果、導電層21aの内側全体をSからNに向かって通過する磁力線の数(磁束)が減り単位時間当たりの磁束の変化量が小さくなる。単位時間当たりの磁束の変化量が減少すると、導電層21aに生じる誘導起電力が小さくなり、導電層の発熱量が小さくなる。   This is because the magnetic field lines from S to N and the magnetic field lines passing through the inner route are opposite in the inside of the exciting core 22 in FIG. 18 (a), and therefore when viewed from the entire inner side of the conductive layer 21a including the magnetic core. These magnetic field lines will cancel each other. As a result, the number of magnetic lines of force (magnetic flux) passing through the entire inner side of the conductive layer 21a from S to N is reduced, and the amount of change in magnetic flux per unit time is reduced. When the amount of change in magnetic flux per unit time decreases, the induced electromotive force generated in the conductive layer 21a decreases, and the amount of heat generated in the conductive layer decreases.

以上述べたことから、本実施例の定着装置110は必要な電力の変換効率を得るために外側ルートを通る磁力線の割合を管理することが重要になる。 From the foregoing, it is important for the fixing device 110 of this embodiment to manage the ratio of the magnetic field lines passing through the outer route in order to obtain the necessary power conversion efficiency.

(3)導電層の外側を通る磁束の割合を示す指標
そこで、定着装置110における外側ルートを通る磁力線の割合を磁力線の通り易さをパーミアンスという指標を用いて表す。まず、一般的な磁気回路の考え方について説明する。磁力線が通る磁路の回路を電気回路に対して磁気回路という。磁気回路において磁束を計算する際、電気回路の電流の計算に準じて行うことができる。磁気回路は、電気回路に関するオームの法則が適用可能である。電気回路の電流に対応する磁束をΦと、起電力に対応する起磁力をVと、電気抵抗に対応する磁気抵抗をRと、すると、次の式(501)を満たす。
(3) Index indicating the ratio of magnetic flux passing outside the conductive layer Therefore, the ratio of the magnetic field lines passing through the outer route in the fixing device 110 is expressed by using an index called permeance. First, the concept of a general magnetic circuit will be described. A circuit of a magnetic path through which magnetic lines of force pass is called a magnetic circuit with respect to an electric circuit. When calculating the magnetic flux in the magnetic circuit, it can be performed in accordance with the calculation of the electric circuit current. Ohm's law for electrical circuits can be applied to magnetic circuits. When the magnetic flux corresponding to the current of the electric circuit is Φ, the magnetomotive force corresponding to the electromotive force is V, and the magnetic resistance corresponding to the electric resistance is R, the following equation (501) is satisfied.

Φ=V/R・・・(501)
しかし、ここでは原理をより理解しやすく説明するために磁気抵抗Rの逆数であるパーミアンスPを用いて説明する。パーミアンスPを用いると、上式(501)は次の式(502)ように表せる。
Φ = V / R (501)
However, here, in order to explain the principle more easily, a permeance P that is the reciprocal of the magnetic resistance R will be used. When the permeance P is used, the above equation (501) can be expressed as the following equation (502).

Φ=V×P・・・(502)
更に、このパーミアンスPは、磁路の長さをBと、磁路の断面積をSと、磁路の透磁率をμと、すると下記の式(503)のように表せる。
Φ = V × P (502)
Further, this permeance P can be expressed by the following equation (503), where B is the length of the magnetic path, S is the cross-sectional area of the magnetic path, and μ is the magnetic permeability of the magnetic path.

P=μ×S/B・・・(503)
で表される。パーミアンスPは、断面積S及び透磁率μに比例し、磁路の長さBに反比例する。
P = μ × S / B (503)
It is represented by The permeance P is proportional to the cross-sectional area S and the magnetic permeability μ, and is inversely proportional to the length B of the magnetic path.

図19の(a)は、導電層1aの内側に、半径a1[m]、長さB[m]、比透磁率μ1の磁性コア22に、コイル23を螺旋軸が導電層21aの母線方向と略平行になるようにN[回]巻いたものを表した図である。ここで、導電層21aは、長さB[m]、内径a2[m]、外径a3[m]、比透磁率μ2の導体である。導電層の内側及び外側の真空の透磁率をμ[H/m]とする。コイル23に電流I[A]を流したときに、磁性コア22の単位長さ当たりに発生する磁束8をφc(x)とする。 FIG. 19A shows a magnetic core 22 having a radius a1 [m], a length B [m], and a relative permeability μ1 inside the conductive layer 1a, and a coil 23 with a helical axis as a generatrix direction of the conductive layer 21a. Is a diagram showing what is wound N [times] so as to be substantially parallel to. Here, the conductive layer 21a is a conductor having a length B [m], an inner diameter a2 [m], an outer diameter a3 [m], and a relative permeability μ2. The vacuum magnetic permeability inside and outside the conductive layer is μ 0 [H / m]. Let the magnetic flux 8 generated per unit length of the magnetic core 22 when the current I [A] is passed through the coil 23 be φc (x).

図19の(b)は、磁性コア22の長手方向に垂直な断面図である。図中の矢印は、コイル23に電流Iを流したときに、磁性コア22の内部、導電層21aの内側、導電層21aの外側を通る磁性コア22の長手方向に平行な磁束を表している。磁性コア22の内部を通る磁束をφc(=φc(x))、導電層21aの内側(導電層21aと磁性コア22の間の領域)を通る磁束をφa_in、導電層21aそのものを通る磁束をφs、導電層21aの外側を通る磁束をφa_outとする。   FIG. 19B is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic core 22. The arrows in the figure represent magnetic flux parallel to the longitudinal direction of the magnetic core 22 that passes through the inside of the magnetic core 22, the inside of the conductive layer 21a, and the outside of the conductive layer 21a when the current I flows through the coil 23. . The magnetic flux passing through the inside of the magnetic core 22 is φc (= φc (x)), the magnetic flux passing through the inside of the conductive layer 21a (the region between the conductive layer 21a and the magnetic core 22) is φa_in, and the magnetic flux passing through the conductive layer 21a itself. Let φs be the magnetic flux passing through the outside of the conductive layer 21a.

図20の(a)に、図18の(a)に示した単位長さ当たりのコア22、コイル23、導電層21aを含む空間の磁気等価回路を示す。磁性コア22を通る磁束φcにより生じる起磁力をVm、磁性コア22のパーミアンスをPcとする。また、導電層21aの内側のパーミアンスをPa_in、フィルムの導電層21aそのものの内部のパーミアンスをPs、導電層21aの外側のパーミアンスをPa_outとする。   FIG. 20A shows a magnetic equivalent circuit of a space including the core 22, the coil 23, and the conductive layer 21a per unit length shown in FIG. The magnetomotive force generated by the magnetic flux φc passing through the magnetic core 22 is Vm, and the permeance of the magnetic core 22 is Pc. Further, the permeance inside the conductive layer 21a is Pa_in, the permeance inside the conductive layer 21a itself of the film is Ps, and the permeance outside the conductive layer 21a is Pa_out.

ここで、PcがPa_in及びPsに比べて十分に大きい時、磁性コア22の内部を通過して磁性コアの一端から出た磁束は、φa_in、φs、φa_outの何れかを通過して磁性コア2の他端に戻ると考えられる。よって、以下の関係式(504)が成り立つ。   Here, when Pc is sufficiently larger than Pa_in and Ps, the magnetic flux that passes through the inside of the magnetic core 22 and exits from one end of the magnetic core passes through any one of φa_in, φs, and φa_out, and the magnetic core 2 It is thought that it returns to the other end. Therefore, the following relational expression (504) is established.

φc=φa_in+φs+φa_out・・・(504)
また、φc、φa_in、φs、φa_outはそれぞれ以下の式(505)〜(508)で表される。
φc = φa_in + φs + φa_out (504)
Also, φc, φa_in, φs, and φa_out are expressed by the following equations (505) to (508), respectively.

φc=Pc×Vm ・・・(505)
φs=Ps×Vm ・・・(506)
φa_in=Pa_in×Vm ・・・(507)
φa_out=Pa_out・Vm ・・・(508)
よって、式(504)に(505)〜(508)を代入するとPa_outは次の式(509)示すように表される。
φc = Pc × Vm (505)
φs = Ps × Vm (506)
φa_in = Pa_in × Vm (507)
φa_out = Pa_out · Vm (508)
Therefore, when (505) to (508) are substituted into the equation (504), Pa_out is expressed as the following equation (509).

Pc×Vm=Pa_in×Vm+Ps×Vm+Pa_out×Vm
=(Pa_in+Ps+Pa_out)×Vm
∴Pa_out=Pc−Pa_in−Ps ・・・(509)
図19の(b)より、磁性コア22の断面積をSc、導電層21aの内側の断面積をSa_in、導電層21a自身の断面積をSs、とすると、Pcは以下のように、「透磁率×断面積」で表すことができ、単位は[H・m]である。
Pc × Vm = Pa_in × Vm + Ps × Vm + Pa_out × Vm
= (Pa_in + Ps + Pa_out) × Vm
∴Pa_out = Pc−Pa_in−Ps (509)
From FIG. 19B, when the cross-sectional area of the magnetic core 22 is Sc, the cross-sectional area inside the conductive layer 21a is Sa_in, and the cross-sectional area of the conductive layer 21a itself is Ss, Pc is expressed as follows: It can be expressed by “magnetic permeability × cross-sectional area”, and the unit is [H · m].

Pc=μ1・Sc=μ1・π(a1) ・・・(510)
Pa_in=μ0・Sa_in=μ0・π・((a2)−(a1)) ・・・(511)
Ps=μ2・Ss=μ2・π・((a3)−(a2)) ・・・(512)
これらの(510)〜(512)を式(509)に代入すると、Pa_outは
式(513)で表せる。
Pc = μ1 · Sc = μ1 · π (a1) 2 (510)
Pa_in = μ0 · Sa_in = μ0 · π · ((a2) 2 − (a1) 2 ) (511)
Ps = μ2 · Ss = μ2 · π · ((a3) 2 − (a2) 2 ) (512)
When these (510) to (512) are substituted into the equation (509), Pa_out can be expressed by the equation (513).

Pa_out=Pc−Pa_in−Ps
=μ1・Sc−μ0・Sa_in−μ2・Ss
=π・μ1・(a1)
−π・μ0・((a2)−(a1)
−π・μ2・((a3)−(a2)) ・・・(513)
上記の式(513)を使用することによって導電層21aの外側を通る磁力線の割合であるPa_out/Pcを計算することができる。
Pa_out = Pc−Pa_in−Ps
= Μ1 ・ Sc−μ0 ・ Sa_in−μ2 ・ Ss
= Π · μ1 · (a1) 2
-Π · μ0 · ((a2) 2- (a1) 2 )
-Π · μ2 · ((a3) 2- (a2) 2 ) (513)
By using the above equation (513), it is possible to calculate Pa_out / Pc, which is the ratio of the lines of magnetic force that pass outside the conductive layer 21a.

尚、パーミアンスPの代わりに磁気抵抗Rを用いても良い。磁気抵抗Rを用いて議論する場合、磁気抵抗Rは単純にパーミアンスPの逆数であるので、単位長さ当たりの磁気抵抗Rは「1/(透磁率×断面積)」で表すことができて、単位は「1/(H・m)」である。   Instead of the permeance P, a magnetic resistance R may be used. When discussing using the magnetic resistance R, since the magnetic resistance R is simply the reciprocal of the permeance P, the magnetic resistance R per unit length can be expressed by “1 / (permeability × cross-sectional area)”. The unit is “1 / (H · m)”.

以下、本実施例の定着装置110のパラメータを使用して具体的な計算した結果を表2に示す。 Table 2 shows specific calculation results using parameters of the fixing device 110 of the present embodiment .

磁性コア22は、フェライト(比透磁率1800)で形成され、直径14[mm]であって、断面積は1.5×10−4[m]である。ニップ部形成部材24は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)(比透磁率1.0)で形成され、断面積は1.0×10−4[m]である。導電層21aは、アルミニウム(比透磁率1.0)で形成され、直径24[mm]、厚み20[μm]で断面積1.5×10−6[m]である。 The magnetic core 22 is made of ferrite (relative magnetic permeability 1800), has a diameter of 14 [mm], and has a cross-sectional area of 1.5 × 10 −4 [m 2 ]. The nip portion forming member 24 is made of PPS (polyphenylene sulfide) (relative magnetic permeability 1.0) and has a cross-sectional area of 1.0 × 10 −4 [m 2 ]. The conductive layer 21a is made of aluminum (relative magnetic permeability 1.0), has a diameter of 24 [mm], a thickness of 20 [μm], and a cross-sectional area of 1.5 × 10 −6 [m 2 ].

尚、導電層21aと磁性コア22の間の領域の断面積は、直径24[mm]の導電層の内側の中空部の断面積から磁性コアの断面積とニップ部形成部材24の断面積を差し引いて計算している。弾性層21b及び離型層21cは、導電層21aより外側に設けられており、発熱に寄与しない。従って、パーミアンスを計算する磁気回路モデルにおいては導電層の外側の空気層であるとみなすことができるので計算に入れる必要はない。   The cross-sectional area of the region between the conductive layer 21a and the magnetic core 22 is the cross-sectional area of the magnetic core and the cross-sectional area of the nip forming member 24 from the cross-sectional area of the hollow portion inside the conductive layer having a diameter of 24 [mm]. Calculated by subtracting. The elastic layer 21b and the release layer 21c are provided outside the conductive layer 21a and do not contribute to heat generation. Therefore, in the magnetic circuit model for calculating the permeance, it can be regarded as an air layer outside the conductive layer, so that it is not necessary to take into account.

表2からPc、Pa_in、Psは、次のような値になる。   From Table 2, Pc, Pa_in, and Ps have the following values.

Pc=3.5×10−7[H・m]
Pa_in=1.3×10−10+2.5×10−10[H・m]
Ps=1.9×10−12[H・m]
これらの値を用いて、次の式(514)からPa_out/Pc計算することができる。
Pc = 3.5 × 10 −7 [H · m]
Pa_in = 1.3 × 10 −10 + 2.5 × 10 −10 [H · m]
Ps = 1.9 × 10 −12 [H · m]
Using these values, Pa_out / Pc can be calculated from the following equation (514).

Pa_out/Pc=(Pc−Pa_in−Ps)/Pc=0.999(99.9%)・・・(514)
尚、磁性コア22を長手方向で複数に分割し、分割した各磁性コア同士の間に空隙(ギャップ)を設ける場合もある。この場合、この空隙が空気又は比透磁率が1.0とみなせるものや磁性コア22の比透磁率よりもずっと小さいもので満たされている場合、磁性コア全体の磁気抵抗Rは大きくなり磁力線を誘導する機能が劣化することになる。
Pa_out / Pc = (Pc−Pa_in−Ps) /Pc=0.999 (99.9%) (514)
In some cases, the magnetic core 22 is divided into a plurality in the longitudinal direction, and a gap (gap) is provided between the divided magnetic cores. In this case, if the air gap is filled with air or a material whose relative permeability can be regarded as 1.0 or much smaller than the relative permeability of the magnetic core 22, the magnetic resistance R of the entire magnetic core increases and the magnetic field lines are reduced. The guiding function will deteriorate.

このような分割された磁性コア22のパーミアンスの計算方法は複雑になる。以下に、磁性コアを複数分割し、空隙またはシート状非磁性体を挟んで等間隔に並べた場合の磁性コア全体のパーミアンスの計算方法について説明する。この場合長手全体の磁気抵抗を導出し、それを全体長さで割って単位長さ当たりの磁気抵抗を求め、その逆数を取って単位長さ当たりのパーミアンスを求める必要がある。   The method of calculating the permeance of such a divided magnetic core 22 is complicated. Hereinafter, a method of calculating the permeance of the entire magnetic core when the magnetic core is divided into a plurality of pieces and arranged at equal intervals with a gap or a sheet-like nonmagnetic material in between will be described. In this case, it is necessary to derive the magnetic resistance of the entire length, divide it by the total length to obtain the magnetic resistance per unit length, and take the inverse to obtain the permeance per unit length.

まず、磁性コアの長手方向の構成図を図21に示す。磁性コアc1〜c10は、断面積Sc、透磁率μc、分割された磁性コア1個当たりの幅Lcとし、ギャップg1〜g9は、断面積Sg、透磁率μg、1ギャップ当たりの幅Lgとする。この磁性コアの長手方向における全体の磁気抵抗Rm_allは、以下の式(515)で与えられる。   First, a longitudinal configuration diagram of the magnetic core is shown in FIG. The magnetic cores c1 to c10 have a cross-sectional area Sc, a magnetic permeability μc, and a width Lc per divided magnetic core, and the gaps g1 to g9 have a cross-sectional area Sg, a magnetic permeability μg, and a width Lg per gap. . The total magnetic resistance Rm_all in the longitudinal direction of the magnetic core is given by the following equation (515).

Rm_all=(Rm_c1+Rm_c2+・・・・・+Rm_c10)+
(Rm_g1+Rm_g2+・・・・・+Rm_g9)・・・(515)
本構成の場合は、磁性コアの形状と材質、ギャップ幅は一様であるので、Rm_cの足し合わせた合計をΣRm_c、Rm_gの足し合わせた合計をΣRm_gとすると、次の
式(516)〜(518)のように表せる。
Rm_all = (Rm_c1 + Rm_c2 + ... + Rm_c10) +
(Rm_g1 + Rm_g2 + ... + Rm_g9) (515)
In the case of this configuration, since the shape, material, and gap width of the magnetic core are uniform, assuming that the sum total of Rm_c is ΣRm_c, and the sum total of Rm_g is ΣRm_g, the following equations (516) to ( 518).

Rm_all=(ΣRm_c)+(ΣRm_g)・・・(516)
Rm_c=Lc/(μc・Sc)・・・(517)
Rm_g=Lg/(μg・Sg)・・・(518)
式(516)に式(517)及び式(518)を代入して、長手全体の磁気抵抗
Rm_allは次の式(519)のように表せる。
Rm_all = (ΣRm_c) + (ΣRm_g) (516)
Rm_c = Lc / (μc · Sc) (517)
Rm_g = Lg / (μg · Sg) (518)
By substituting Equation (517) and Equation (518) into Equation (516), the total longitudinal magnetic resistance Rm_all can be expressed as in Equation (519) below.

Rm_all=(ΣRm_c)+(ΣRm_g)
=(Lc/(μc・Sc))×10+(Lg/(μg・Sg))×9
・・・(519)
ここで、単位長さ当たりの磁気抵抗Rmは、Lcの足し合わせた合計をΣLc、Lgの足し合わせた合計をΣLgとすると次の式(520)となる。
Rm_all = (ΣRm_c) + (ΣRm_g)
= (Lc / (μc · Sc)) × 10 + (Lg / (μg · Sg)) × 9
... (519)
Here, the magnetic resistance Rm per unit length is expressed by the following equation (520), where ΣLc is the sum of Lc and ΣLg is the sum of Lg.

Rm=Rm_all/(ΣLc+ΣLg)
=Rm_all/(L×10+Lg×9)・・・(520)
以上から、単位長さあたりのパーミアンスPmは、以下の式(521)ように求められる。
Rm = Rm_all / (ΣLc + ΣLg)
= Rm_all / (L × 10 + Lg × 9) (520)
From the above, the permeance Pm per unit length is obtained as in the following equation (521).

Pm=1/Rm=(ΣLc+ΣLg)/Rm_all
=(ΣLc+ΣLg)/[{ΣLc/(μc+Sc)}+{ΣLg/(μg+S
g)}]
・・・(521)
ギャップLgを大きくすることは、磁性コア22の磁気抵抗の増加(パーミアンスの低下)につながる。本実施例の定着装置を構成する上で、発熱原理上、磁性コア22の磁気抵抗が小さく(パーミアンスが大きく)なるように設計することが望ましいため、ギャップを設けることはあまり望ましくない。しかし、磁性コア22の破損防止のために磁性コア2を複数に分割してギャップを設ける場合がある。
Pm = 1 / Rm = (ΣLc + ΣLg) / Rm_all
= (ΣLc + ΣLg) / [{ΣLc / (μc + Sc)} + {ΣLg / (μg + S
g)}]
... (521)
Increasing the gap Lg leads to an increase in magnetic resistance (decrease in permeance) of the magnetic core 22. In configuring the fixing device of the present embodiment, it is desirable to design the magnetic core 22 so that the magnetic resistance of the magnetic core 22 is small (permeance is large) from the viewpoint of heat generation. However, in some cases, the magnetic core 2 is divided into a plurality of gaps to prevent breakage of the magnetic core 22.

以上述べたことから、外側ルートを通る磁力線の割合をパーミアンスもしくは磁気抵抗を使って表すことができることを示した。   From the above, it was shown that the percentage of magnetic field lines passing through the outer route can be expressed using permeance or magnetoresistance.

(3)定着装置に必要な電力の変換効率
次に、本実施例の定着装置で必要な電力の変換効率について述べる。例えば、電力の変換効率が80%である場合、残り20%の電力は導電層以外のコイルやコア等で熱エネルギーに変換されて消費される。電力の変換効率が低い場合は、磁性コアやコイル等の発熱すべきでないものが発熱し、それらを冷却するための対策を講じる必要性がある場合がある。
(3) Power Conversion Efficiency Required for the Fixing Device Next, power conversion efficiency required for the fixing device of this embodiment will be described. For example, when the power conversion efficiency is 80%, the remaining 20% of the power is converted into heat energy by a coil or core other than the conductive layer and consumed. When power conversion efficiency is low, things that should not generate heat, such as magnetic cores and coils, generate heat, and it may be necessary to take measures to cool them.

ところで、本実施例において、導電層21aを発熱させる時は、励磁コイル22に高周波の交流電流を流し、交番磁界を形成する。その交番磁界は導電層21aに電流を誘導する。物理モデルとしては、トランスの磁気結合と良く似ている。そのため、電力の変換効率を考える際には、トランスの磁気結合の等価回路を用いることができる。その交番磁界によって励磁コイル22と導電層21aが磁気結合して、励磁コイルに投入した電力が導電に伝達される。 By the way, in this embodiment , when the conductive layer 21a generates heat, a high-frequency alternating current is passed through the exciting coil 22 to form an alternating magnetic field. The alternating magnetic field induces a current in the conductive layer 21a. The physical model is very similar to transformer magnetic coupling. Therefore, when considering the power conversion efficiency, an equivalent circuit of the magnetic coupling of the transformer can be used. The alternating magnetic field magnetically couples the exciting coil 22 and the conductive layer 21a, and the electric power supplied to the exciting coil is transmitted to the conductive.

ここで述べる「電力の変換効率」は、磁界発生手段である励磁コイル22に投入する電力と、導電層21aにより消費される電力の比率である。本実施例の場合、図1に示す励磁コイル3に対して高周波コンバータ306に投入した電力と、導電層21aで消費される電力の比率である。この電力の変換効率は以下の式(522)で表すことができる。   The “power conversion efficiency” described here is the ratio of the power input to the exciting coil 22 as the magnetic field generating means and the power consumed by the conductive layer 21a. In the case of the present embodiment, it is the ratio of the power input to the high-frequency converter 306 to the excitation coil 3 shown in FIG. 1 and the power consumed by the conductive layer 21a. This power conversion efficiency can be expressed by the following equation (522).

電力の変換効率=導電層で消費される電力/励磁コイルに供給した電力
・・・(522)
励磁コイル22に供給して導電層21a以外で消費される電力は、励磁コイルの抵抗による損失、磁性コア材料の磁気特性による損失などがある。
Power conversion efficiency = power consumed in the conductive layer / power supplied to the excitation coil (522)
The electric power supplied to the excitation coil 22 and consumed outside the conductive layer 21a includes a loss due to the resistance of the excitation coil and a loss due to the magnetic characteristics of the magnetic core material.

図22に回路の効率に関する説明図を示す。図22の(a)において、21aは導電層、22は磁性コア、23は励磁コイルである。図22の(b)は等価回路を示す。   FIG. 22 is an explanatory diagram regarding circuit efficiency. In FIG. 22A, 21a is a conductive layer, 22 is a magnetic core, and 23 is an exciting coil. FIG. 22B shows an equivalent circuit.

R1は励磁コイルおよび磁性コアの損失分、L1は磁性コアに周回した励磁コイルのインダクタンス、Mは巻き線と導電層との相互インダクタンス、L2は導電層のインダクタンス、R2は導電層の抵抗である。導電層を装着していない時の等価回路を図23の(a)に示す。インピーダンスアナライザやLCRメータといった装置により、励磁コイルの両端からの直列等価抵抗はR、等価インダクタンスLを測定すると、励磁コイル両端から見たインピーダンスZは式(523)のように表せる。 R1 is the loss of the exciting coil and magnetic core, L1 is the inductance of the exciting coil that circulates around the magnetic core, M is the mutual inductance between the winding and the conductive layer, L2 is the inductance of the conductive layer, and R2 is the resistance of the conductive layer . An equivalent circuit when the conductive layer is not mounted is shown in FIG. The device such as an impedance analyzer or LCR meter, equivalent series resistance from both ends of the exciting coil when measuring the R 1, equivalent inductance L 1, the impedance Z A when viewed from the exciting coil ends can be expressed as equation (523).

=R+jωL ・・・・・(523)
この回路に流れる電流は、Rにより損失する。即ちR1はコイル及び磁性コアによる損失を表している。
Z A = R 1 + jωL 1 (523)
Current flowing through the circuit is lost by R 1. That is, R1 represents a loss due to the coil and the magnetic core.

導電層を装着した時の等価回路を図23の(b)に示す。この導電層の装着時の直列等価抵抗Rx及びLxを測定しておけば、図23の(c)のように等価変換することで、関係式(524)を得ることが出来る。   An equivalent circuit when the conductive layer is mounted is shown in FIG. If the series equivalent resistances Rx and Lx when the conductive layer is mounted are measured, the relational expression (524) can be obtained by equivalent conversion as shown in FIG.

・・・(524) ... (524)

・・・(525) ... (525)

・・・(526)
Mは励磁コイルと導電層の相互インダクタンスを表す。
... (526)
M represents the mutual inductance between the exciting coil and the conductive layer.

図23の(c)に示すように、R1に流れる電流をI1、R2に流れる電流をI2とおくと式(527)が成り立つ。   As shown in FIG. 23C, when the current flowing through R1 is I1 and the current flowing through R2 is I2, Expression (527) is established.

・・・(527)
式(527)から式(528)を導出できる。
... (527)
Expression (528) can be derived from Expression (527).

・・・・・(528)
効率(電力の変換効率)は、抵抗R2の消費電力/(抵抗R1の消費電力+抵抗R2の消費電力)で表されるから式(529)のように表せる。
... (528)
The efficiency (power conversion efficiency) is represented by Expression (529) because it is represented by the power consumption of the resistor R2 / (the power consumption of the resistor R1 + the power consumption of the resistor R2).

・・・・・(529)
導電層の装着前の直列等価抵抗Rと、装着後の直列等価抵抗Rxを測定すると、励磁コイルに供給した電力のうち、どれだけの電力が導電層で消費されるかを示す電力の変換効率を求めることが出来る。
(529)
Series equivalent resistance R 1 before attachment of the conductive layer, when measuring the equivalent series resistance Rx after mounting, of the power supplied to the exciting coil, power conversion indicating how much power is consumed by the conductive layer Efficiency can be calculated.

尚、本実施例においては、電力の変換効率の測定には、AgilentTechnologies社製のインピーダンスアナライザ4294Aを用いた。まず、定着フィルムの無い状態において巻線両端からの直列等価抵抗Rを測定し、次に定着フィルムに磁性コアを挿入した状態において巻線両端からの直列等価抵抗Rxを測定した。
=103mΩ、Rx=2.2Ωとなり、この時電力の変換効率は式(529)により、95.3%と求めることが出来る。以後この電力の変換効率を用いて、定着装置の性能を評価する。
In this example , an impedance analyzer 4294A manufactured by Agilent Technologies was used for measuring the power conversion efficiency. First, a series equivalent resistance R 1 of the winding ends measured in the absence of the fixing film was measured equivalent series resistance Rx from the winding ends in a state where the insertion of the magnetic core to the next fixing film.
R 1 = 103 mΩ and Rx = 2.2Ω. At this time, the power conversion efficiency can be obtained as 95.3% by the equation (529). Thereafter, the power conversion efficiency is used to evaluate the performance of the fixing device.

ここで、装置で必要な電力の変換効率を求める。導電層21aの外側ルートを通る磁束の割合を振って電力の変換効率を評価する。図24は、電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置を表した図である。   Here, the conversion efficiency of power required by the apparatus is obtained. The conversion efficiency of electric power is evaluated by changing the ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer 21a. FIG. 24 is a diagram illustrating an experimental apparatus used in a measurement experiment of power conversion efficiency.

金属シート1Sは、幅230mm、長さ600mm、厚み20μmのアルミニウム製のシートである。この金属シート1Sを磁性コア22とコイル23とを囲むように円筒状に丸めて、太線1ST部分において導通することによって導電層とする。磁性コア22は、比透磁率が1800、飽和磁束密度が500mTのフェライトであり、断面積26mm、長さ230mmの円柱形状をしている。磁性コア22を不図示の固定手段でアルミニウムシート1Sの円筒のほぼ中央に配置する。磁性コア22にはコイル23が巻数25回で螺旋状に巻かれている。金属シート1Sの端部を矢印1SZ方向に引くと、導電層の直径1SDを18〜191mmの範囲で調整することができる。 The metal sheet 1S is an aluminum sheet having a width of 230 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 20 μm. The metal sheet 1S is rolled into a cylindrical shape so as to surround the magnetic core 22 and the coil 23, and is made conductive by being conducted at the thick line 1ST portion. The magnetic core 22 is a ferrite having a relative permeability of 1800 and a saturation magnetic flux density of 500 mT, and has a cylindrical shape with a cross-sectional area of 26 mm 2 and a length of 230 mm. The magnetic core 22 is arranged in the approximate center of the cylinder of the aluminum sheet 1S by fixing means (not shown). A coil 23 is spirally wound around the magnetic core 22 with 25 turns. When the end of the metal sheet 1S is pulled in the direction of the arrow 1SZ, the diameter 1SD of the conductive layer can be adjusted in the range of 18 to 191 mm.

図25は、導電層の外側ルートを通過する磁束の比率[%]を横軸にとり、21kHzの周波数における電力の変換効率を縦軸にとったグラフである。   FIG. 25 is a graph in which the horizontal axis represents the ratio [%] of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer, and the vertical axis represents the power conversion efficiency at a frequency of 21 kHz.

図25のグラフ中のプロットP1以降に電力の変換効率が急上昇して70%を超えており、矢印で示すレンジR1では電力の変換効率が70%以上を維持している。P3付近において電力の変換効率は再度急上昇し、レンジR2において80%以上となっている。P4以降のレンジR3においては電力の変換効率が94%以上と高い値で安定している。この、電力の変換効率が急上昇し始めたことは導電層に効率的に周回電流が流れ始めたためである。   The power conversion efficiency rapidly increases after plot P1 in the graph of FIG. 25 and exceeds 70%, and in the range R1 indicated by the arrow, the power conversion efficiency is maintained at 70% or more. In the vicinity of P3, the power conversion efficiency rapidly increases again, and is 80% or more in the range R2. In the range R3 after P4, the power conversion efficiency is stable at a high value of 94% or more. The reason why the power conversion efficiency has begun to rise rapidly is that the circulating current has efficiently started to flow through the conductive layer.

下記の表3は、図25のP1〜P4に該当する構成を、実際に定着装置として設計し、評価した結果である。   Table 3 below shows the results of actually designing and evaluating the configuration corresponding to P1 to P4 in FIG. 25 as a fixing device.

(定着装置P1)
本構成は、磁性コアの断面積が26.5mm(5.75mm×4.5mm)で、導電層の直径が143.2mmであり、外側ルートを通る磁束の割合は64%である。この装置のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は54.4%であった。電力の変換効率は定着装置に投入した電力のうち、導電層の発熱に寄与した分を示すパラメータである。従って、最大1000W出力可能な定着装置として設計しても約450Wが損失となり、その損失はコイル及び磁性コアの発熱となる。
(Fixing device P1)
In this configuration, the cross-sectional area of the magnetic core is 26.5 mm 2 (5.75 mm × 4.5 mm), the diameter of the conductive layer is 143.2 mm, and the ratio of the magnetic flux passing through the outer route is 64%. The power conversion efficiency obtained by the impedance analyzer of this apparatus was 54.4%. The power conversion efficiency is a parameter indicating the amount of power input to the fixing device that contributes to heat generation of the conductive layer. Therefore, even if it is designed as a fixing device capable of outputting a maximum of 1000 W, about 450 W is a loss, and the loss is a heat generation of the coil and the magnetic core.

本構成の場合、立ち上げ時、数秒間1000Wを投入しただけでもコイル温度は200℃を超える場合がある。コイルの絶縁体の耐熱温度が200℃後半であること、フェライトの磁性コアのキュリー点は通常200℃〜250℃程度であることを考えると、損失45%では励磁コイル等の部材を耐熱温度以下に保つことは難しくなる。また、磁性コアの温度がキュリー点を超えるとコイルのインダクタンスが急激に低下し、負荷変動となる。   In the case of this configuration, the coil temperature may exceed 200 ° C. even when 1000 W is applied for several seconds at startup. Considering that the heat resistance temperature of the coil insulator is in the latter half of 200 ° C. and that the Curie point of the magnetic core of ferrite is usually about 200 ° C. to 250 ° C., the loss of 45% makes the member such as the excitation coil below the heat resistance temperature It will be difficult to keep on. Further, when the temperature of the magnetic core exceeds the Curie point, the inductance of the coil is abruptly reduced, resulting in load fluctuation.

定着装置に供給した電力の約45%が導電層の発熱に使用されないので、導電層に900W(1000Wの90%を想定)の電力を供給するためには約1636Wの電力供給する必要がある。これは100V入力時、16.36Aを消費する電源という事になる。商用交流のアタッチメントプラグから投入できる許容電流をオーバーする可能性がある。よって、電力の変換効率54.4%の定着装置P1は、定着装置に供給する電力が不足する可能性がある。   Since about 45% of the power supplied to the fixing device is not used for heat generation of the conductive layer, it is necessary to supply about 1636 W to supply 900 W (assuming 90% of 1000 W) to the conductive layer. This is a power source that consumes 16.36 A at 100 V input. There is a possibility of exceeding the allowable current that can be input from the commercial AC attachment plug. Therefore, there is a possibility that the fixing device P1 having a power conversion efficiency of 54.4% may have insufficient power to be supplied to the fixing device.

(定着装置P2)
本構成は、磁性コアの断面積はP1と同じで、導電層の直径が127.3mmであり、外側ルートを通る磁束の割合は71.2%である。この装置のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は70.8%である。定着装置のスペックによっては、コイル及びコアの昇温が課題になる場合がある。
(Fixing device P2)
In this configuration, the cross-sectional area of the magnetic core is the same as P1, the diameter of the conductive layer is 127.3 mm, and the ratio of the magnetic flux passing through the outer route is 71.2%. The power conversion efficiency obtained by the impedance analyzer of this apparatus is 70.8%. Depending on the specifications of the fixing device, the temperature rise of the coil and the core may be a problem.

本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、導電層の回転速度は330mm/secとなり、導電層の温度を180℃に維持する必要がある。導電層の温度を180℃に維持しようとすると、磁性コアの温度は20秒間で240℃を超える場合がある。磁性コアとして用いるフェライトのキュリー温度は通常200℃〜250℃程度であるから、フェライトがキュリー温度を超えて磁性コアの透磁率は急激に減少し、磁性コアで磁力線を適切に誘導することができなくなる場合がある。その結果、周回電流を誘導して導電層を発熱させることが難しくなる場合がある。   If the fixing device having this configuration is a high-spec device capable of printing operation at 60 sheets / minute, the rotational speed of the conductive layer is 330 mm / sec, and the temperature of the conductive layer needs to be maintained at 180 ° C. If it is attempted to maintain the temperature of the conductive layer at 180 ° C., the temperature of the magnetic core may exceed 240 ° C. in 20 seconds. Since the Curie temperature of the ferrite used as the magnetic core is usually about 200 ° C. to 250 ° C., the ferrite exceeds the Curie temperature, the permeability of the magnetic core decreases rapidly, and the magnetic field lines can be appropriately induced by the magnetic core. It may disappear. As a result, it may be difficult to induce a circulating current to generate heat in the conductive layer.

従って、外側ルートを通過する磁束の割合がレンジR1の定着装置を、前述した高スペックの装置にすると、フェライトコアの温度を下げるために冷却手段を設けることが望ましい。冷却手段としては、空冷ファン、水冷、放熱板、放熱フィン、ヒートパイプ、または、ベルチェ素子などを用いることができる。もちろん、本構成においてそこまでの高スペックを要求しない場合は、冷却手段は不要である。   Therefore, if the fixing device having the range R1 of the magnetic flux passing through the outer route is the above-mentioned high-spec device, it is desirable to provide a cooling means to lower the temperature of the ferrite core. As the cooling means, an air cooling fan, water cooling, a heat radiating plate, a heat radiating fin, a heat pipe, a Beltier element, or the like can be used. Of course, if this configuration does not require such high specifications, the cooling means is unnecessary.

(定着装置P3)
本構成は、磁性コアの断面積はP1と同じであり、導電層の直径が63.7mmの場合である。この装置のインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は83.9%である。磁性コア及びコイル等に定常的に熱量が発生するものの、冷却手段が必要なレベルではない。
(Fixing device P3)
In this configuration, the cross-sectional area of the magnetic core is the same as P1, and the diameter of the conductive layer is 63.7 mm. The power conversion efficiency required by the impedance analyzer of this apparatus is 83.9%. Although heat is constantly generated in the magnetic core and the coil, the cooling means is not at a necessary level.

本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置にすると導電層の回転速度は330mm/secとなり導電層の表面温度を180℃に維持する場合があるものの、磁性コア(フェライト)の温度は220℃以上に上昇することはない。従って、本構成において、定着装置を前述した高スペックする場合は、キュリー温度が220℃以上のフェライトを用いることが望ましい。   If the fixing device having this configuration is a high-spec device capable of printing at 60 sheets / minute, the rotational speed of the conductive layer is 330 mm / sec, and the surface temperature of the conductive layer may be maintained at 180 ° C., but the magnetic core ( The temperature of the ferrite does not rise above 220 ° C. Therefore, in this configuration, when the fixing device has the above-mentioned high specifications, it is desirable to use ferrite having a Curie temperature of 220 ° C. or higher.

以上述べたことから、外側ルートを通る磁束の割合がレンジR2の構成の定着装置は、高スペックで使用する場合は、フェライト等の耐熱設計を最適化することが望ましい。一方、定着装置として高スペックを要求しない場合は、このような耐熱設計は不要である。   From the foregoing, it is desirable that the fixing device having the configuration in which the ratio of the magnetic flux passing through the outer route is in the range R2 is optimized for heat-resistant design such as ferrite when used at high specifications. On the other hand, such a heat-resistant design is not necessary when high specifications are not required for the fixing device.

(定着装置P4)
本構成は、磁性コアの断面積がP1と同じであり、円筒体の直径が47.7mmの場合である。この装置でインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は94.7%である。本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置(導電層の回転速度は330mm/sec)で導電層の表面温度を180℃に維持する場合であっても、励磁コイルやコイル等は、180℃以上に達することはない。従って、磁性コアやコイル等を冷却する冷却手段及び特別な耐熱設計は不要である。
(Fixing device P4)
In this configuration, the cross-sectional area of the magnetic core is the same as P1, and the diameter of the cylindrical body is 47.7 mm. The power conversion efficiency required by the impedance analyzer in this apparatus is 94.7%. Even if the surface temperature of the conductive layer is maintained at 180 ° C. with a high-spec device (the rotational speed of the conductive layer is 330 mm / sec) that can perform a printing operation of 60 sheets / min. Neither coils nor coils reach 180 ° C or higher. Therefore, a cooling means for cooling the magnetic core, the coil and the like and a special heat resistant design are unnecessary.

以上述べたことから、外側ルートを通過する磁束の割合が94.7%以上であるレンジR3は、電力の変換効率が94.7%以上となり電力の変換効率が十分高い。よって、更なる高スペックの定着装置として用いても、冷却手段は不要である。   As described above, in the range R3 in which the ratio of the magnetic flux passing through the outer route is 94.7% or more, the power conversion efficiency is 94.7% or more, and the power conversion efficiency is sufficiently high. Therefore, no cooling means is required even when used as a further high-spec fixing device.

また、電力の変換効率が高い値で安定しているレンジR3においては、導電層と磁性コアの位置関係の変動によって導電層の内側を通過する単位時間当たりの磁束の量が若干変動しても、電力の変換効率が変動量は小さく導電層の発熱量が安定する。可撓性を有するフィルムのように、導電層と磁性コアとの距離が変動しやすい定着装置において、この電力の変換効率が高い値で安定している領域R3を用いることは、大きなメリットがある。   Further, in the range R3 where the power conversion efficiency is stable at a high value, even if the amount of magnetic flux per unit time passing through the inside of the conductive layer slightly varies due to the variation in the positional relationship between the conductive layer and the magnetic core. The amount of fluctuation in the power conversion efficiency is small, and the heat generation amount of the conductive layer is stabilized. In a fixing device in which the distance between the conductive layer and the magnetic core is likely to fluctuate, such as a flexible film, using the region R3 where the power conversion efficiency is stable at a high value has a great advantage. .

以上述べたことから、本実施例の定着装置は少なくとも必要な電力の変換効率を満たすために外側ルートを通過する磁束の割合が72%以上である必要があることがわかる。尚、表3によると本実施例のレンジR1の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合71.2%であるが、測定誤差等を考慮して72%とする。 From the foregoing, it can be seen that the fixing device of this embodiment needs to have a ratio of magnetic flux passing through the outer route of 72% or more in order to satisfy at least the necessary power conversion efficiency. According to Table 3, the fixing device in the range R1 of this embodiment has a magnetic flux ratio of 71.2% that passes through the outer route of the conductive layer, but is 72% in consideration of measurement errors and the like.

(4)装置が満たすべきパーミアンス又は磁気抵抗の関係式
導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が72%以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側(導電層と磁性コアの間の領域)のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの28%以下であることと等価である。従って、本実施例の特徴的な構成の一つは、磁性コアのパーミアンスをPc、導電層の内側のパーミアンスをPa、導電層のパーミアンスPsとした時に、次の式(529)を満足することである。
(4) Relational expression of permeance or magnetoresistance to be satisfied by the device The ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 72% or more indicates that the permeance of the conductive layer and the inner side of the conductive layer (of the conductive layer and the magnetic core) This is equivalent to the fact that the sum of the permeance of the region in between is 28% or less of the permeance of the magnetic core. Accordingly, one of the characteristic configurations of this embodiment is that the following equation (529) is satisfied when the permeance of the magnetic core is Pc, the permeance inside the conductive layer is Pa, and the permeance Ps of the conductive layer is satisfied. It is.

0.28×Pc≧Ps+Pa・・・(529)
また、パーミアンスの関係式を磁気抵抗に置き換えて表現すると下記の式(530)になる。
0.28 × Pc ≧ Ps + Pa (529)
Further, when the permeance relational expression is replaced with a magnetic resistance, the following expression (530) is obtained.

・・・(530)
ただし、RsとRaの合成磁気抵抗Rsaは以下の式(531)ように計算する。
... (530)
However, the combined magnetic resistance Rsa of Rs and Ra is calculated as in the following formula (531).

・・・(531)
Rc:磁性コアの磁気抵抗
Rs:導電層の磁気抵抗
Ra:導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗
Rsa:RsとRaの合成磁気抵抗
上記のパーミアンスもしくは磁気抵抗の関係式を、定着装置の記録材の最大搬送領域全域で、円筒形回転体の母線方向に直交する方向の断面において満足することが望ましい。同様に、本実施例のレンジR2の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が92%以上である。
... (531)
Rc: Magnetoresistance of the magnetic core Rs: Magnetoresistance of the conductive layer Ra: Magnetoresistance of the region between the conductive layer and the magnetic core Rsa: Combined magnetoresistance of Rs and Ra The above permeance or magnetoresistance relation is fixed It is desirable that the cross section in the direction perpendicular to the generatrix direction of the cylindrical rotating body is satisfied throughout the maximum conveyance area of the recording material of the apparatus. Similarly, in the fixing device in the range R2 of this embodiment , the ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 92% or more.

尚、表2によると、本実施例のレンジR2の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合91.7%であるが、測定誤差等を考慮して92%とした。導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が92%以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側(導電層と磁性コアの間の領域)のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの8%以下であることと等価である。よって、パーミアンスの関係式は以下の式(532)になる。 According to Table 2, the fixing device in the range R2 of this embodiment has a magnetic flux ratio of 91.7% that passes through the outer route of the conductive layer, but is 92% in consideration of measurement errors and the like. The ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 92% or more indicates that the sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the inner side of the conductive layer (the region between the conductive layer and the magnetic core) is the permeance of the magnetic core. Is equivalent to 8% or less. Therefore, the permeance relational expression is the following expression (532).

0.08×Pc≧Ps+Pa・・・(532)
上記のパーミアンスの関係式を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式(533)ようになる。
0.08 × Pc ≧ Ps + Pa (532)
When the permeance relational expression is converted into a magnetic resistance relational expression, the following expression (533) is obtained.

・・・(533)
更に、本実施例のレンジR3の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が95%以上である。
... (533)
Further, in the fixing device in the range R3 of this embodiment , the ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 95% or more.

尚、表2によると本実施例のレンジR3の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が94.7%以上であるが測定誤差等を考慮して95%とした。導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が95%以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側(導電層と磁性コアの間の領域)のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの5%以下であることと等価である。よって、パーミアンスの関係式は以下の式(534)になる。 According to Table 2, in the fixing device of the range R3 according to the present embodiment, the ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 94.7% or more, but is 95% in consideration of the measurement error. The ratio of the magnetic flux passing through the outer route of the conductive layer is 95% or more is that the sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the inner side of the conductive layer (the region between the conductive layer and the magnetic core) is the permeance of the magnetic core. Is equivalent to 5% or less. Therefore, the permeance relational expression is the following expression (534).

0.05×Pc≧Ps+Pa・・・(534)
上記のパーミアンスの関係式(534)を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式
(535)になる。
0.05 × Pc ≧ Ps + Pa (534)
When the permeance relational expression (534) is converted into a magnetic resistance relational expression, the following expression (535) is obtained.

・・・(535)
ところで、定着装置の最大の画像領域内の部材等が長手方向で均一な断面構成を有している定着装置についてパーミアンス及び磁気抵抗の関係式を示した。ここでは、長手方向で定着装置を構成する部材が不均一な断面構成を有する定着装置について説明する。図26は、導電層の内側(磁性コアと導電層の間の領域)に温度検知部材240を有している。その他の構成は本実施例と同様で、定着装置は導電層を有するフィルム21と、磁性コア22と、ニップ部形成部材24と、を備える。
... (535)
By the way, the relational expression of permeance and magnetic resistance is shown for a fixing device in which members in the maximum image area of the fixing device have a uniform cross-sectional configuration in the longitudinal direction. Here, a fixing device in which the members constituting the fixing device in the longitudinal direction have a non-uniform cross-sectional configuration will be described. FIG. 26 includes a temperature detection member 240 inside the conductive layer (region between the magnetic core and the conductive layer). Other configurations are the same as in this embodiment , and the fixing device includes a film 21 having a conductive layer, a magnetic core 22, and a nip portion forming member 24.

磁性コア22の長手方向をX軸方向とすると、最大画像形成領域はX軸上の0〜Lpの範囲である。例えば、記録材の最大搬送領域をLTRサイズ215.9mmとする画像形成装置の場合、Lp=215.9mmとすれば良い。温度検知部材9は、比透磁率1の非磁性体によって構成されており、X軸に垂直方向の断面積は5mm×5mmであり、X軸に平行方向の長さは10mmである。X軸上のL1(102.95mm)からL2(112.95mm)の位置にて配置されている。   Assuming that the longitudinal direction of the magnetic core 22 is the X-axis direction, the maximum image forming area is a range of 0 to Lp on the X-axis. For example, in the case of an image forming apparatus in which the maximum conveyance area of the recording material is LTR size 215.9 mm, Lp may be 215.9 mm. The temperature detection member 9 is made of a nonmagnetic material having a relative permeability of 1, a cross-sectional area perpendicular to the X axis is 5 mm × 5 mm, and a length parallel to the X axis is 10 mm. It is arranged at a position from L1 (102.95 mm) to L2 (112.95 mm) on the X axis.

ここで、X座標上0〜L1を領域1、温度検知部材240が存在するL1〜L2を領域2、L2〜LPを領域3と、呼ぶ。領域1における断面構造を図27の(A)に、領域2における断面構造を図27の(B)に示す。図27の(B)に示すように、温度検知部材9はフィルム21に内包されているため、磁気抵抗計算の対象となる。厳密に磁気抵抗計算を行うためには、領域1と、領域2と、領域3と、に対し、別々に「単位長さ当たりの磁気抵抗」を求め、各領域の長さに応じて積分計算を行い、それらを足し合わせて合成磁気抵抗を求める。まず、領域1または3における各部品の単位長さ当たりの磁気抵抗を、下記の表4に示す。   Here, 0 to L1 on the X coordinate are referred to as a region 1, L1 to L2 where the temperature detection member 240 exists are referred to as a region 2, and L2 to LP are referred to as a region 3. A cross-sectional structure in the region 1 is shown in FIG. 27A, and a cross-sectional structure in the region 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 27B, since the temperature detecting member 9 is included in the film 21, it is an object of magnetic resistance calculation. In order to perform the magnetic resistance calculation strictly, “magnetic resistance per unit length” is separately obtained for region 1, region 2, and region 3, and integral calculation is performed according to the length of each region. And add them together to obtain the combined magnetoresistance. First, the magnetic resistance per unit length of each component in the region 1 or 3 is shown in Table 4 below.

領域1における磁性コアの単位長さ当たりの磁気抵抗r1は下記のようになる。 The magnetic resistance r c 1 per unit length of the magnetic core in the region 1 is as follows.

1=2.9×10[1/(H・m)]
ここで、導電層と磁性コアとの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗rは、フィルムガイドrの単位長さ当たりの磁気抵抗と導電層の内側の磁気抵抗rairの単位長さ当たりの磁気抵抗との合成磁気抵抗である。従って、下記の式(536)を用いて計算できる。
r c 1 = 2.9 × 10 6 [1 / (H · m)]
The magnetic resistance r a per unit length of the region between the conductive layer and the magnetic core, the unit length of the film guide r f magnetoresistive r air units of magnetoresistive conductive layer per length inside of It is the combined magnetoresistance with the punch magnetoresistance. Therefore, it can be calculated using the following equation (536).

・・・(536)

計算の結果、領域1における磁気抵抗r1、及び、領域1における磁気抵抗r1は下記のようになる。
... (536)

As a result of the calculation, the magnetoresistance r a 1 in the region 1 and the magnetoresistance r s 1 in the region 1 are as follows.

1=2.7×10[1/(H・m)]
1=5.3×1011[1/(H・m)]
また、領域3は領域1と同じであるから下記のようになる。
r a 1 = 2.7 × 10 9 [1 / (H · m)]
r s 1 = 5.3 × 10 11 [1 / (H · m)]
Further, since the region 3 is the same as the region 1, it is as follows.

3=2.9×10[1/(H・m)]
3=2.7×10[1/(H・m)]
3=5.3×1011[1/(H・m)]
次に、領域2における各部品の単位長さ当たりの磁気抵抗を下記の表5に示す。
r c 3 = 2.9 × 10 6 [1 / (H · m)]
r a 3 = 2.7 × 10 9 [1 / (H · m)]
r s 3 = 5.3 × 10 11 [1 / (H · m)]
Next, the magnetic resistance per unit length of each component in the region 2 is shown in Table 5 below.

領域2の磁性コアの単位長さ当たりの磁気抵抗r2は下記のようになる。 The magnetic resistance r c 2 per unit length of the magnetic core in the region 2 is as follows.

2=2.9×10[1/(H・m)]
導電層と磁性コアの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗rは、ニップ部形成部材rの単位長さ当たりの磁気抵抗と、サーミスタrの単位長さ当たりの磁気抵抗と、導電層の内側の空気rairの単位長さ当たりの磁気抵抗と、の合成磁気抵抗である。従って下記の式(537)で計算できる。
r c 2 = 2.9 × 10 6 [1 / (H · m)]
Magnetoresistive r a per unit length of the region between the conductive layer and the magnetic core, the magnetic resistance per unit length of the nip forming member r f, the magnetic resistance per unit length of the thermistor r t, This is the combined magnetoresistance of the magnetic resistance per unit length of the air r air inside the conductive layer. Therefore, it can be calculated by the following equation (537).

・・・(537)
計算の結果、領域2のおける単位長さ当たりの磁気抵抗r2及び単位長さ当たりの磁気抵抗r2は下記のようになる。
... (537)
As a result of the calculation, the magnetic resistance r a 2 per unit length and the magnetic resistance r c 2 per unit length in the region 2 are as follows.

2=2.7×10[1/(H・m)]
2=5.3×1011[1/(H・m)]
領域3の計算方法は領域1と同じであるので省略する。
r a 2 = 2.7 × 10 9 [1 / (H · m)]
r s 2 = 5.3 × 10 11 [1 / (H · m)]
Since the calculation method of area 3 is the same as that of area 1, it is omitted.

尚、導電層と磁性コアの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗rにおいて、r1=r2=r3となっている理由について説明する。 The reason why r a 1 = r a 2 = r a 3 in the magnetoresistance r a per unit length of the region between the conductive layer and the magnetic core will be described.

領域2における磁気抵抗計算は、サーミスタ9の断面積が増加し、導電層の内側の空気の断面積が減少している。しかし両方とも比透磁率は1であるため、結局サーミスタ9の有無によらず磁気抵抗は同一となる。すなわち、導電層と磁性コアの間の領域に非磁性体のみが配置されている場合には、磁気抵抗の計算は空気と同じ扱いをしても、計算上の精度としては十分である。なぜなら、非磁性体の場合、比透磁率は殆ど1に近い値になるからである。これとは逆に、磁性体(ニッケル、鉄、珪素鋼等)の場合は、磁性体ある領域をその他の領域と分けて計算した方が良い。   In the calculation of the magnetic resistance in the region 2, the cross-sectional area of the thermistor 9 is increased, and the cross-sectional area of air inside the conductive layer is decreased. However, since both have a relative permeability of 1, the magnetic resistance is the same regardless of the presence or absence of the thermistor 9. That is, when only a non-magnetic material is disposed in the region between the conductive layer and the magnetic core, the calculation of the magnetoresistance is sufficient for calculation accuracy even if it is treated the same as air. This is because, in the case of a non-magnetic material, the relative permeability is almost close to 1. On the other hand, in the case of a magnetic material (nickel, iron, silicon steel, etc.), it is better to calculate by dividing a region where the magnetic material is present from other regions.

導電層の母線方向の合成磁気抵抗としての磁気抵抗R[A/Wb(1/H)]の積分は、各領域の磁気抵抗r1,r2,r3[1/(H・m)]に対して下記の式(538)ように計算できる。   The integral of the magnetoresistance R [A / Wb (1 / H)] as the combined magnetoresistance in the busbar direction of the conductive layer is relative to the magnetoresistances r1, r2, r3 [1 / (H · m)] in each region. It can be calculated as the following equation (538).

・・・(538)
従って、記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間におけるコアの磁気抵抗Rc[H]は下記の式(539)ように計算できる。
... (538)
Therefore, the core magnetic resistance Rc [H] in the section from one end to the other end of the maximum conveyance area of the recording material can be calculated as the following equation (539).

・・・・・・(539)
また、記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層と磁性コアとの間の領域の合成磁気抵抗Ra[H]は、下記の式(540)ように計算できる。
・ ・ ・ ・ ・ ・ (539)
In addition, the combined magnetic resistance Ra [H] of the region between the conductive layer and the magnetic core in the section from one end to the other end of the maximum conveyance region of the recording material can be calculated as the following equation (540).

・・・(540)
記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層の合成磁気抵抗Rs[H]は次の式(541)のようになる。
... (540)
The combined magnetic resistance Rs [H] of the conductive layer in the section from one end to the other end of the recording material maximum conveyance area is expressed by the following equation (541).

・・・(541)
上記の計算を、それぞれの領域において行ったものを以下の表6に示す。
... (541)
Table 6 below shows the calculation performed in each region.

上記表6から、Rc、Ra,Rsは下記のようになる。   From Table 6 above, Rc, Ra, and Rs are as follows.

Rc=6.2×10[1/H]
Ra=5.8×1011[1/H]
Rs=1.1×1014[1/H]
RsとRaの合成磁気抵抗Rsaは以下の式(542)で計算できる。
Rc = 6.2 × 10 8 [1 / H]
Ra = 5.8 × 10 11 [1 / H]
Rs = 1.1 × 10 14 [1 / H]
The combined magnetoresistance Rsa of Rs and Ra can be calculated by the following equation (542).

・・・(542)
以上の計算から、Rsa=5.8×1011[1/H]となるので、下記の式
(543)を満たしている。
... (542)
From the above calculation, Rsa = 5.8 × 10 11 [1 / H], which satisfies the following expression (543).

・・・(543)
このように、導電層の母線方向で不均一な横断面形状を有している定着装置の場合は、導電層の母線方向で複数の領域に分けて、その領域毎に磁気抵抗を計算し、最後にそれらを合成したパーミアンス又は磁気抵抗を計算すればよい。ただし、対象となる部材が非磁性体である場合は、透磁率がほぼ空気の透磁率と等しいため、空気とみなして計算して良い。
... (543)
In this way, in the case of a fixing device having a non-uniform cross-sectional shape in the direction of the bus of the conductive layer, it is divided into a plurality of regions in the direction of the bus of the conductive layer, and the magnetoresistance is calculated for each region, Finally, the permeance or magnetoresistance obtained by combining them may be calculated. However, when the target member is a non-magnetic material, the magnetic permeability is substantially equal to the magnetic permeability of air, so that the calculation may be performed assuming that the air is air.

次に、上記計算に計上すべき部品について説明する。導電層と磁性コアとの間の領域にあり、少なくとも一部が記録材の最大搬送領域(0〜Lp)のに入っている部品に関しては、パーミアンス又は磁気抵抗を計算することが望ましい。逆に、導電層の外側に配置された部材は、パーミアンス又は磁気抵抗を計算する必要はない。なぜなら、前述したようにファラデーの法則において誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例するものであり、導電層の外側の磁束とは無関係だからである。また、導電層の母線方向における記録材の最大搬送領域外に配置した部材は、導電層の発熱には影響しないため、計算する必要はない。   Next, the parts to be included in the calculation will be described. It is desirable to calculate the permeance or the magnetic resistance for a part that is in the region between the conductive layer and the magnetic core and at least a part of which is in the recording material maximum conveyance region (0 to Lp). Conversely, members placed outside the conductive layer need not calculate permeance or magnetoresistance. This is because, as described above, the induced electromotive force in Faraday's law is proportional to the time change of the magnetic flux penetrating the circuit vertically, and is independent of the magnetic flux outside the conductive layer. In addition, since the member disposed outside the maximum conveyance area of the recording material in the bus line direction of the conductive layer does not affect the heat generation of the conductive layer, it is not necessary to calculate.

[他の実施例]
参考例の定着装置110において、フィルム1回転周期の温度の変動量として、実施例1で説明したフィルム1回転周期の最大温度と基準温度(平均温度)との差分を用いてもよい。或いは、フィルム1回転周期の最低温度と最高温度の差分を用いてもよい。
[Other embodiments]
In the fixing device 110 of the reference example , the difference between the maximum temperature of the film rotation period described in Example 1 and the reference temperature (average temperature) may be used as the temperature fluctuation amount of the film rotation period. Alternatively, the difference between the lowest temperature and the highest temperature in one rotation period of the film may be used.

実施例1の定着装置110において、フィルム1回転周期の温度の変動量として、参考例で説明したTpp、或いはt1を用いてもよい。 In the fixing device 110 according to the first exemplary embodiment , Tpp or t1 described in the reference example may be used as the amount of change in temperature during one rotation period of the film.

また、実施例1の定着装置110において、装置の都合上、フィルム21の長手方向の中央と端部で例えば同じ検温素子が使用できないことが予想される。この場合は、検温素子間の対応関係を不図示のメモリなどに記憶するなどして、テーブルや関係式をもとにフィルム破損を検出すればよい。或いは、何らかの部材を介してフィルム21の温度を検知するように構成した場合、検温素子による測定温度帯が異なる。このように検温素子による測定温度帯が異なる場合も、検温素子間の対応関係を不図示のメモリなどに記憶するなどして、テーブルや関係式をもとにフィルム破損を検出すればよい。また、例示した4mm未満のフィルム破損を検出する場合は、検温素子の数を増すことで可能となる。 Further, in the fixing device 110 of the first embodiment, it is expected that the same temperature measuring element cannot be used at the center and the end in the longitudinal direction of the film 21 due to the convenience of the device. In this case, the film breakage may be detected on the basis of a table or a relational expression, for example, by storing the correspondence between the temperature sensing elements in a memory (not shown) or the like. Or when it comprises so that the temperature of the film 21 may be detected via a certain member, the measurement temperature range by a temperature sensing element differs. In this way, even when the temperature ranges measured by the temperature measuring elements are different, the correspondence between the temperature measuring elements may be stored in a memory (not shown) or the like, and the film breakage may be detected based on a table or a relational expression. Moreover, when detecting the film breakage of less than 4 mm illustrated, it becomes possible by increasing the number of temperature sensing elements.

参考例、及び実施例1の定着装置110において、フィルム1,21の長手方向の異なる位置に検温素子を2つ以上有し、これらの検温素子の検知温度の結果を比較してフィルム1回転周期の温度の変動量を求めてもよい。 In the fixing device 110 according to the reference example and the first embodiment , two or more temperature sensing elements are provided at different positions in the longitudinal direction of the films 1 and 21, and the results of the detected temperatures of these temperature sensing elements are compared to compare the rotation period of the film 1 The amount of temperature fluctuation may be obtained.

参考例、及び実施例1の定着装置110において、検温素子9,10,11は非接触タイプのサーミスタに限られず接触タイプのサーミスタを用いてもよい。非接触タイプのサーミスタや、接触タイプのサーミスタはフィルム1,21の内側にあってもよい。 In the fixing device 110 of the reference example and the first embodiment , the temperature measuring elements 9, 10, and 11 are not limited to the non-contact type thermistor, and a contact type thermistor may be used. The non-contact type thermistor and the contact type thermistor may be inside the films 1 and 21.

また、フィルム1,21の周速度が高速な場合であって、検温素子9,10,11の応答性の観点から、フィルム1回転周期の温度の変動量が正確に検出できないことが予想される。この場合は、通常の画像形成時の回転速度よりも遅い速度でフィルム1,21を回転し、上述したStep1−1〜Step1−8の処理を行えばよい。   In addition, in the case where the peripheral speeds of the films 1 and 21 are high, it is expected that the temperature fluctuation amount in one rotation period of the film cannot be accurately detected from the viewpoint of the responsiveness of the temperature measuring elements 9, 10, and 11. . In this case, the films 1 and 21 may be rotated at a speed slower than the rotation speed during normal image formation, and the processing of Step 1-1 to Step 1-8 described above may be performed.

一般的に、フィルム破損は、ジャム等で定着装置内に残留した記録材を想定外の方法で取り除いた場合などに発生する可能性がある。したがって、画像形成装置100から定着装置110を出し入れした場合や、画像形成装置の電源ON直後の、装置動作確認時に、前述したStep1−1〜Step1−8の処理を短時間に行う。このように実際のプリント動作に至る前にフィルム破損を検出すれば、装置を使用する上でより望ましい。   Generally, film breakage may occur when a recording material remaining in the fixing device due to a jam or the like is removed by an unexpected method. Therefore, when the fixing device 110 is taken in and out of the image forming apparatus 100, or when the operation of the apparatus is confirmed immediately after the image forming apparatus is turned on, the processing of Step 1-1 to Step 1-8 is performed in a short time. Thus, it is more desirable to use the apparatus if film breakage is detected before the actual printing operation.

参考例の定着装置110において、フィルム破損が生じた場合にフィルム1の長手全域で表面温度に変動が生じる場合、温度制御用の検温素子9も温度変動を検知してしまう。そのため、図5に示したように、定着装置110が温調目標温度に到達した後に、フィルム1回転周期の温度の変動が大きくなる場合がある。このような場合は、定着装置110の立上げ時と、温調目標温度到達後とで、フィルム破損の有無を判断するフィルム1回転周期の所定値を変更するなどしてもよい。 In the fixing device 110 of the reference example , when the film temperature is broken and the surface temperature fluctuates over the entire length of the film 1, the temperature control element 9 for temperature control also detects the temperature fluctuation. Therefore, as shown in FIG. 5, after the fixing device 110 reaches the temperature control target temperature, the temperature fluctuation in one rotation period of the film may increase. In such a case, the predetermined value of the rotation period of the film for determining whether or not the film is broken may be changed when the fixing device 110 is started up and after the temperature adjustment target temperature is reached.

参考例、及び実施例1では、温調目標温度に到達する前の定着装置110の立上げ時におけるフィルム破損検知シーケンスを説明した。フィルム破損検知シーケンスを実行するタイミングはこれに限られず記録材Pが定着装置110を通過している時、或いは通紙中における記録材Pが定着装置110を通過していない時でも構わない。ここで、記録材Pが定着装置110を通過している時とは、記録材Pをニップ部Nで搬送しつつトナー画像Tを加熱定着しているときをいう。通紙中における記録材Pが定着装置110を通過していない時とは、連続してニップ部に導入される先行の記録材と後続の記録材との記録材間をいう。 In the reference example and the first embodiment , the film breakage detection sequence when starting up the fixing device 110 before reaching the temperature adjustment target temperature has been described. The timing at which the film breakage detection sequence is executed is not limited to this, and may be when the recording material P passes through the fixing device 110 or when the recording material P during paper passing does not pass through the fixing device 110. Here, the time when the recording material P passes through the fixing device 110 refers to the time when the toner image T is heated and fixed while the recording material P is conveyed through the nip portion N. The time when the recording material P is not passing through the fixing device 110 during the passage of paper refers to the interval between the recording material between the preceding recording material and the succeeding recording material that are continuously introduced into the nip portion.

参考例、及び実施例1の定着装置110では、筒状の回転体としてフィルム1,21を用いた例を説明したが、フィルムに代えて発熱層1a,21aあるいは弾性層1b,21bの厚みがより厚い、いわゆる定着ローラを用いてもよい。 In the reference example and the fixing device 110 according to the first embodiment, the example in which the films 1 and 21 are used as the cylindrical rotating body has been described. However, the thickness of the heat generating layers 1a and 21a or the elastic layers 1b and 21b is replaced with the film. A thicker so-called fixing roller may be used.

参考例の定着装置110では、フィルム1の両端部にフランジ部材12a,12bを接触させ、このフランジ部材を通して、フィルムの回転軸線Xの方向に交番電流を流すことで、フィルムが発熱する例を説明した。この定着装置110の変形例として、フィルム1の両端部に接触させたフランジ部材12a,12bを通して、フィルムの回転軸線Xの方向に直流電流を印加する定着装置もある。図17は、フィルム1に直流電流を印加する定着装置において、フィルム破損がある場合に、フィルム1回転周期で温度変動する現象を説明するための図である。図17ではフランジ部材12a,12bの図示を省略した。 In the fixing device 110 of the reference example , the flange members 12a and 12b are brought into contact with both ends of the film 1 and an alternating current is passed through the flange member in the direction of the rotation axis X of the film, whereby the film generates heat. did. As a modification of the fixing device 110, there is also a fixing device that applies a direct current in the direction of the rotation axis X of the film through the flange members 12a and 12b brought into contact with both ends of the film 1. FIG. 17 is a diagram for explaining a phenomenon in which the temperature fluctuates in one rotation period of the film when the film is broken in the fixing device that applies a direct current to the film 1. In FIG. 17, illustration of the flange members 12a and 12b is omitted.

参考例の定着装置110では、図6(c)、(d)のフィルム1のフィルム1回転周期の時間平均をすると、フィルム破損が生じている箇所のフィルムの長手全域で電流密度の疎密状態が発生し、フィルムの長手全域でフィルム1回転周期の温度変動が生じた。 In the fixing device 110 of the reference example , when the time average of the rotation period of the film 1 of the film 1 in FIGS. 6C and 6D is averaged, the current density is sparse in the entire length of the film where the film is broken. The temperature fluctuation of one rotation period of the film occurred in the entire length of the film.

これに対し、フィルム1に直流電流を印加する定着装置では、図17(a)のように、フィルム1に一方向にしか電流は流れない。したがって、図17(b)のように、フィルム破損が発生すると、電流がフィルム破損端B、及びフィルム破損端Cを迂回した後の領域でのみ電流密度の疎密状態が発生する。したがって、参考例の定着装置110と同様に、フィルム破損が発生した箇所からフィルム1の長手方向に十分離れた位置では、フィルム温度が破損の影響を受けない。 On the other hand, in a fixing device that applies a direct current to the film 1, current flows in the film 1 only in one direction as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 17B, when film breakage occurs, a current density density state occurs only in a region after the current bypasses the film breakage end B and the film breakage end C. Therefore, similarly to the fixing device 110 of the reference example , the film temperature is not affected by the damage at a position sufficiently separated in the longitudinal direction of the film 1 from the location where the film breakage has occurred.

このような場合は、実施例1のように、フィルム21の長手方向に配置した検温素子9,10,11のそれぞれの検知温度を基にフィルム1回転周期の温度の変動量をモニターする。そしてそのフィルム1回転周期の温度の変動量が所定値より大きい場合に、フィルム破損有りと判断するようにすればよい。 In such a case, as in Example 1 , the amount of change in the temperature of one rotation period of the film is monitored based on the detected temperature of each of the temperature measuring elements 9, 10, 11 arranged in the longitudinal direction of the film 21. Then, when the fluctuation amount of the temperature in one rotation period of the film is larger than a predetermined value, it may be determined that the film is broken.

1,21:フィルム、8,25:加圧ローラ、9,10,11:検温素子、12a,12b:フランジ部材、22:磁性コア、23:励磁コイル、100A:画像形成部、110:定着部、N:ニップ部、P:記録材、Tpp,t1:フィルム1回転周期の温度の変動量、X:フィルムの回転軸線 1, 25: Pressure roller, 9, 10, 11: Temperature detecting element, 12a, 12b: Flange member, 22: Magnetic core, 23: Excitation coil, 100A: Image forming unit, 110: Fixing unit , N: nip portion, P: recording material, Tpp, t1: amount of temperature fluctuation in one rotation period of film, X: rotation axis of film

Claims (9)

導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と実質平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に前記母線方向に沿って配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しながら加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、材質が強磁性体で、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記導電層のパーミアンスと前記導電層と前記磁性コアの間の領域のパーミアンスとの和が前記磁性コアのパーミアンスの28%以下であり、
前記回転体の温度を検知する温度検知部材を有し、前記温度検知部材の検知温度の回転体1回転周期の変動量が所定量より大きい場合、前記回転体の通電を停止することを特徴とする定着装置。
A cylindrical rotating body having a conductive layer, and an alternating body that is arranged inside the rotating body and has a spiral-shaped portion whose spiral axis is substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and causes the conductive layer to generate electromagnetic induction heat. A coil for forming a magnetic field, a magnetic core disposed along the generatrix direction in the spiral-shaped part, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field, and a pressure forming a nip part together with the rotating body A fixing device for fixing the image to the recording material by heating while conveying the recording material carrying the image at the nip portion,
The magnetic core is made of a ferromagnetic material and has a shape that does not form a loop outside the rotating body,
The sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the region between the conductive layer and the magnetic core is 28% or less of the permeance of the magnetic core;
Wherein a rotator temperature detecting member for detecting the temperature of the fluctuation amount of the rotating body 1 rotation period of the detected temperature of said temperature detecting member is stopped a predetermined amount larger field case, energization of the rotary body A fixing device.
導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と実質平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に前記母線方向に沿って配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しながら加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、材質が強磁性体で、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記導電層のパーミアンスと前記導電層と前記磁性コアの間の領域のパーミアンスとの和が前記磁性コアのパーミアンスの28%以下であり、
前記回転体の温度を検知する温度検知部材を有し、前記温度検知部材の検知温度の回転体1回転周期の変動量が所定量より大きい場合、異常を報知することを特徴とする定着装置。
A cylindrical rotating body having a conductive layer, and an alternating body that is arranged inside the rotating body and has a spiral-shaped portion whose spiral axis is substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and causes the conductive layer to generate electromagnetic induction heat. A coil for forming a magnetic field, a magnetic core disposed along the generatrix direction in the spiral-shaped part, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field, and a pressure forming a nip part together with the rotating body A fixing device for fixing the image to the recording material by heating while conveying the recording material carrying the image at the nip portion,
The magnetic core is made of a ferromagnetic material and has a shape that does not form a loop outside the rotating body,
The sum of the permeance of the conductive layer and the permeance of the region between the conductive layer and the magnetic core is 28% or less of the permeance of the magnetic core;
The has a temperature detecting member for detecting a temperature of the rotating body, said temperature sensing member of sensing a temperature rotary body 1 rotation period fluctuation amount is a predetermined amount larger than the field case of fixing device, characterized in that for informing abnormality .
前記変動量とは、前記回転体が1回転する期間の最大温度と基準温度の差分であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the fluctuation amount is a difference between a maximum temperature and a reference temperature during a period in which the rotating body rotates once. 前記変動量とは、前記回転体が1回転する期間の最大温度と最低温度の差分であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the fluctuation amount is a difference between a maximum temperature and a minimum temperature during a period in which the rotating body rotates once. 前記変動量とは、前記回転体が1回転する期間の基準温度に対して低温が持続する時間であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the fluctuation amount is a time during which a low temperature is maintained with respect to a reference temperature during a period in which the rotating body rotates once. 前記温度検知部材を少なくとも2つ以上有し、前記2つ以上の温度検知部材の検知温度の結果を比較して前記変動量を求めることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の定着装置。   6. The apparatus according to claim 1, wherein the variation amount is obtained by comparing at least two temperature detection members and comparing the detection temperature results of the two or more temperature detection members. The fixing device according to Item. 前記温度検知部材を複数有し、前記複数の温度検知部材は、それぞれ、前記回転体の回転軸線の方向において異なる位置の温度を検知することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の定着装置。   The temperature detection member is provided in plurality, and each of the plurality of temperature detection members detects temperatures at different positions in the direction of the rotation axis of the rotating body. The fixing device according to one item. 前記回転体の両端部に電極部材を接触させ、前記電極部材を通して、前記回転体の回転軸線の方向に電流を流すことで、前記回転体が発熱することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の定着装置。   2. The rotating body generates heat when an electrode member is brought into contact with both end portions of the rotating body and a current is passed through the electrode member in a direction of a rotation axis of the rotating body. The fixing device according to claim 7. 記録材に画像を形成する画像形成部と、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置において、
前記定着部として請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus having an image forming unit that forms an image on a recording material, and a fixing unit that fixes an image formed on the recording material to the recording material.
An image forming apparatus comprising: a fixing device according to any one of claims 1 to 8 as the fixing unit.
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